CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL FUNDAÇÃO TEORIA EC8P30/EC9P30

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1 CENTRO TECNOLÓGICO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL FUNDAÇÃO TEORIA EC8P30/EC9P30 FUNDAÇÕES PROFUNDAS 1 semestre/2012 Capacidade de carga admissível

2 Capacidade de carga admissível A capacidade de carga admissível é a força aplicada sobre a estaca ou tubulão isolado, provocando apenas recalques que a construção pode suportar sem inconvenientes e oferecendo, simultaneamente, segurança satisfatória contra a ruptura ou o escoamento do solo oudo elemento de fundação. Capacidade de carga admissível A capacidade de carga (PR) de um elemento isolado de fundação profunda pode ser decomposta em duasparcelas: PR = R + R l P PL = f smed S l PP = σ r A P

3 Capacidade de carga admissível No caso de estacas Franki, a área da ponta (Ap) é calculada com o volume da base alargada(v) (V): A P = π 1 / 3 3 V 4 2 / 3 Capacidade de carga admissível Diâmetro do tubo (cm) Volume de base V (m³) 35 0, , , , ,60

4 Capacidade de carga admissível A partir dos valores calculados da capacidade de carga (PR) dos elementos isolados de fundação, a carga admissível (PRadm) é obtida mediante a aplicação de um coeficiente de segurança global (CS) ao valor médio da capacidade de carga (PRmed): PR adm = PR CS med Capacidade de carga admissível A capacidade de carga de elementos de fundação profunda pode ser obtida por meio de métodos estáticos (fórmulas teóricas ou métodos semiempíricos), prova de carga e métodos dinâmicos.

5 Métodos Semi-empíricos empíricos Serão apresentados os dois métodos mais utilizados no Brasil de previsão de capacidade de carga desenvolvidos de modo semi-empírico empírico e calculados com base nos valores do índice de penetração do ensaio SPT (Standart Penetration Test). Método Aoki-Velloso (1975) A carga de ruptura (PR) é definida como a soma de duas parcelas de resistência (atrito lateral e de ponta).

6 Método Aoki-Velloso (1975) O método Aoki-Velloso foi elaborado a partir de correlações entre os resultados de ensaio de penetração do cone (CPT Cone Penetration Test) e os valores das provas de cargas estáticas realizadas em estacas Franki distribuídas nos estados do Rio de Janeiro, Brasília, Porto Alegre e São Paulo. Método Aoki-Velloso Velloso(1975) Posteriormente, foi elaborado um coeficiente de conversão (K), que transforma os valores de N (índice de resistência a penetração do ensaio do SPT) em valores de resistência de ponta do cone (qc), como pode ser mostrado na equação a seguir. qc= K.N

7 Método Aoki-Velloso Velloso(1975) PP = A Κ F1 N p PL = U L ( α Κ F2 N ) PR = AΚ N U L p ( α Κ + F1 F2 N ) Tipo de estaca F1 F2 Franki 2,5 5,0 Metálica 1,8 3,5 Pré-moldada 1,8 3,5 Tipo de solo K (kpa) α (%) Areia ,4 Areia siltosa 800 2,0 Areia silto-argilosa 700 2,4 Areia argilosa 600 3,0 Areia argilo-siltosa 500 2,8 Silte 400 3,0 Silte arenoso 550 2,2 Silte areno-argiloso 450 2,8 Silte argiloso 230 3,4 Silte argilo-arenoso 250 3,0 Argila 200 6,0 Argila arenosa 350 2,4 Argila areno-siltosa 300 2,8 Argila siltosa 220 4,0 Argila silto-arenosa 330 3,0

8 Método Aoki-Velloso (1975) Alonso (1983) propõe para o cálculo da parcela PL (em kn) das estavas escavadas com lama bentonítica, a expressão: PL = U 0,3 N Método Aoki-Velloso (1975) Conhecida a carga de ruptura de um elemento isolado, a carga admissível deste elemento será (NBR 6122/1996): a) Para estacas Franki, pré-moldada ou metálica. PR adm PR 2 ; ;

9 Método Aoki-Velloso (1975) b) Para estacas escavadas. PR adm PR PL 2 ; 0,8 Pode-se também adotar para carga admissível o valor igual a PR/3, quando a estaca estiver apoiada em rocha. Método Décourt-Quaresma (1978) Este método baseia-se diretamente em valores de ensaio de SPT que são comparados com análises estatísticas de 41 provas de carga estáticas, ensaiadas em estacas pré-moldadas de concreto. PR = β PL + α PP

10 Método Décourt-Quaresma (1978) PP = A p r p PL = S l r l r p = c N p r l N l = Método Décourt-Quaresma (1978) Np valor médio entre os valores dos índices de resistência a penetração da camada da ponta da estaca, da camada imediatamente acima eaabaixo; C fator característico do solo (kpa); N l * Adesão (r l ) (kpa) * Média ao longo do fuste

11 Método Décourt-Quaresma (1978) A estimativa da parcela de tensão unitária de adesão ou de atrito lateral (rl) é obtida com o valor médio do índice de penetração do SPT ao longo do fuste (Nl) (desconsiderando valores de N, menores que 3 e maiores que 50), sem levar em conta os valores utilizados para o cálculo da parcela de resistência de ponta. Método Décourt-Quaresma (1978) Tipo de Solo C (kpa) Argilas 120 Siltes argilosos (alt. de rocha) 200 Siltes arenosos (alt. de rocha) 250 Areias 400

12 Valores de α Tipo de solo Escavada em geral Escavada (bentonita) Hélice contínua Raiz Injetada sob altas pressões Argilas 0,85 0,85 0,3* 0,85* 1,0* Solos intermediários 0,65 0,6 0,3* 0,60* 1,0* Areias 0,5 0,5 0,3* 0,50* 1,0* * Valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis. Valores de β Tipo de solo Escavada em geral Escavada (bentonita) Hélice contínua Raiz Injetada sob altas pressões Argilas 0,8* 0,9* 1,0* 1,5* 3,0* Solos intermediários 0,65* 0,75* 1,0* 1,5* 3,0* Areias 0,5* 0,6* 1,0* 1,5* 3,0*

13 Método Décourt-Quaresma (1978) Para as estacas pré-moldadas, metálicas e Franki, os valores de αeβsão iguais a 1. Método Décourt-Quaresma (1978) P adm = β PL 1,3 + α PP 4 P adm = PR 2 Adotando o menor valor entre as duas expressões.

14 PROVA DE CARGA ESTÁTICA O principal objetivo deste ensaio é conhecer a carga última do sistema estaca-solosolo do elemento isolado de fundação profunda, a aplicação de esforços estáticos crescentes no topo da estaca e registrar os deslocamentos correspondentes a esses esforços, que podem ser a tração ou compressão axial, ou transversal. PROVA DE CARGA ESTÁTICA MARQUES ET AL. (2006)

15 PROVA DE CARGA ESTÁTICA KYFOR ET AL. (1992) PROVA DE CARGA ESTÁTICA LEMO ET AL. (2006)

16 PROVA DE CARGA ESTÁTICA KYFOR ET AL. (1992) PROVA DE CARGA ESTÁTICA TSUHA, (2004)

17 TIPOS DE CARREGAMENTO O ensaio pode ser realizado por quatro tipos de carregamento, ficando a critério do projetista a escolha (MILITITSKY, 1991), sendo eles: Carregamento lento ou SML (Slow Maintained Load test); Carregamento rápido ou QML (Quick Maintained Load test); Carregamento sob velocidade constante de penetração ou CRP (Constant Rate of Penetration); e Carregamento cíclico ou CLT (Cyclic Load Test). TIPOS DE CARREGAMENTO FELLENIUS, (1974)

18 DETERMINAÇÃO DA CARGA ÚLTIMA Conforme Burin e Maffei (1989), os critérios para a determinação da carga última podem ser classificados em três grupos: os que procuram ajustar os pontos (Q,s) obtidos na prova de carga a uma função matemática (Van der Veen, 1953 entre outros), cuja assíntota ou ponto de máximo fornece o valor da carga última; a partir da análise da rigidez do sistema estaca-solosolo (Décourt, 1996); determinam carga última a partir da análise do deslocamento da ponta da estaca (NBR 6122). MÉTODO DE VAN DER VEEN Q = Q ult (1 e α w )

19 MÉTODO DE DÉCOURT K = α + β Q Q ult α = β Décourt, 1996 MÉTODO DA NBR 6122/2010

20 CONTROLE DA EXECUÇÃO ATRAVÉS DAS FÓRMULAS DINÂMICAS A maioria dessas fórmulas baseia-se no princípio da conservação da energia, na teoria do choque de Newton e na lei de Hooke para corpos perfeitamente elásticos. OBTENÇÃO DE NEGA E REPIQUE

21 OBTENÇÃO DA NEGA E DO REPIQUE FÓRMULAS QUE UTILIZAM NEGA Fórmula dos Holandeses Q u 2 Wr H = S ( W r + W ( p ) F.S. = 10 Fórmula de Brix Q u W = S 2 r ( W + W ) 2 r W p H p F.S. = 5

22 EXEMPLO DE APLICAÇÃO DE FÓRMULAS DE NEGA Calcular a nega para 10 golpes de um pilão com 30 kn de peso, caindo de uma altura constante de 90 cm sobre uma estaca de concreto armado (fck=25kpa), vazada, com 42 cm de diâmetro externo, 26 cm de diâmetro interno, 15 cm de comprimento e carga admissível de 1000 kn. Solução: 2 2 ( 0,42 0,26 ) = kn W p = π 32 4 H = 900 mm Brix: Qu = 5 x 1000 = 5000 kn Q u W = S 2 r ( W + W ) 2 r W p H p 30² x 32 x 900 S = 1,35 cm ou 13,5 mm / 10 golpes x = ( ) Holandeses: Qu = 10 x 1000 = kn 2 Wr H Qu = S ( W + W r p ) 30 2 x 900 S = = 1,3 cm ou 13mm / 10 golpes x ( )

23 FÓRMULAS QUE UTILIZAM REPIQUE Fórmula de Chellis-Velloso K E A Q u = ;,7L 0 c F.S. = 2 EXEMPLO DE APLICAÇÃO DE FÓRMULA DE REPIQUE Estimar a carga mobilizada de uma estaca de concreto com seção transversal A = 855 cm², E = kn/cm², comprimento de 15 metros e K = 14 mm. Solução: Q = u K E A ;,7L 0 c 1,4 x 855 x Q u = = kn 0,7 x 1500

24 PIT PILE INTEGRITY TESTER PIT PILE INTEGRITY TESTER

25 PIT PILE INTEGRITY TESTER Grupo de estacas O efeito de grupo de estacas é o processo de integração das diversas estacas ou tubulões que constituem uma fundação, ao transmitirem ao solo as cargas que lhes são aplicadas.

26 Grupo de estacas Grupo de estacas Esta interação acarreta uma superposição de tensões, de tal sorte que o recalque do grupo de estacas ou tubulões para a mesma carga por estaca ou tubulão é, em geral, diferente do recalque da estaca ou tubulão isolado. O recalque admissível da estrutura deve ser comparado ao recalque do grupo e nãoaodo elemento isolado de fundação.

27 Grupo de estacas Grupo de estacas Para o caso de fundações por estacas, esse enfoque na NBR 6122/ é parcial, porque analista apenas o efeito de grupo entre estacas de um mesmo bloco, não considerando o problema real de interação estrutura-solo.

28 Atrito lateral negativo O atrito lateral é considerado positivo no trecho do fuste da estaca ou tubulão ao longo do qual o elemento estrutural de fundação tende a recalcar mais que o terreno circundante. O atrito lateral é considerado negativo no trecho do fuste em que o recalque do solo é maior que o da estaca ou tubulão. Atrito lateral negativo Acontece quando uma estaca atravessa uma camada de solo compressível, aonde ocorre esforços adicionais na mesma, tais como empuxos horizontais devido a cargas unilaterais nessa camada de solo e atrito negativo, que, no caso de estacas verticais, corresponde a um acréscimo na carga axial decorrente de um recalque da camada compressível, sendo a estaca inclinada existirá também um esforço de flexão decorrente desse recalque.

29 Atrito lateral negativo Atrito lateral negativo O recalque da camada compressível (e portanto, o atrito negativo) pode ser devido a várias causas, entre elas se destacam: Amolgamento (perda de resistência) da camada compressível provocado pela cravação das estacas. Recalque da camada compressível causado por uma sobrecarga devida ao lançamento de um aterro, ao estoque de materiais ou outra causa. Solos subadensados que recalcam por efeito do peso próprio.

30 Amolgamento Subadensamento

31 Atrito lateral negativo Existem ainda outras causas do atrito negativo nas estacas, entre elas o adensamento regional provocado por um rebaixamento geral do lençol freático devido à operação de poços artesianos. Também podem ocorrer recalques por carregamentos de partículas de solo provocados pela percolação da água ou por ruptura de grandes vazios (cavernas), que ocorrem, por exemplo, em solos calcários. Atrito lateral negativo Existem ainda outras causas do atrito negativo nas estacas, entre elas o adensamento regional provocado por um rebaixamento geral do lençol freático devido à operação de poços artesianos. Também podem ocorrer recalques por carregamentos de partículas de solo provocados pela percolação da água ou por ruptura de grandes vazios (cavernas), que ocorrem, por exemplo, em solos calcários.