UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ. Fundações Visão Geral, Fundações Mistas e Grupos de Estacas Aula de 12/08/2016

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ Aula de 12/08/2016 Autor: Rodrigo Pasqual - Passo a passo de um projeto de fundações: Conhecer as condições locais, acesso, estruturas existentes. Conhecer fornecedores locais, melhores alternativas disponíveis no mercado. Conhecer o solo (sondagens de simples reconhecimento e complementares). Programar ensaios de carga prévios (critério do projetista combinado com executor). Conhecer o tipo de estrutura (superestrutura) e cargas atuantes nas fundações. Combinar as cargas adequadamente. Diante das informações acima tomar a decisão do tipo de fundação (direta, profunda, mista e tipo). Calcular a sua fundação. Se direta: tombamento, escorregamento, tensões no solo atuantes x resistentes, recalques. Cálculo estrutural da fundação. Se profunda: capacidade de carga (atrito lateral + ponta) definindo diâmetro, lado e profundidade, recalques/deformações, ruptura do solo e do elemento estrutural. Analisar se sua solução final se adapta a todas as premissas de projeto.

2 - SPT: Conhecer o solo : cultura do SPT no Brasil. NBR 8036/1983: Valor de referência: R$50,00 por metro linear. Topografia, locação (PCEs, pontos mais carregados), critérios de interrupção (prof. estaca). - SPT:

3 - SPT: - CPT:

4 - CPT: - SPT X CPT/CPTu: - SPT: amostras, mais barato, equipamentos simples. falta padronização, 30cm considerados apenas de cada metro, bastante dependente dos operadores, pouco representativo para argilas moles, amolgamento, parâmetros geotécnicos por correlações. - CPT: menos dependente do operador, registro contínuo, no caso do CPTu - medição de poro-pressões, procedimento de ensaio similar a estaca, padronização. amostras não coletadas, classificação do solo pela razão de atrito (Rf), hipóteses simplificadoras/métodos semi-empíricos para obtenção de parâmetros.

5 - SPT: Variação nos resultados usando equipamentos e pessoal diferente para o mesmo solo: Ensaio Equipamento Procedimento/ Aleatórios Total Faixa de variação Operacional mais provável SPT CPT mecânico CPT elétrico Ensaio de Palheta Dilatométrico Pressiométrico com pré-furo Pressiométrico autoperfurante Fonte: Kulhawy et. al. (1996). - Tomada de decisão: - PERGUNTA: O QUE É MAIS BARATO: FAZER FUND. DIRETA OU PROFUNDA? OU

6 - Tomada de decisão: - Situações com grandes cargas trativas associadas com grandes momentos: sapatas de grandes dimensões. - Tomada de decisão: - Situações com grandes cargas trativas associadas com grandes momentos: sapatas de grandes dimensões. - CONCLUINDO: FUND. DIRETA PODE SER MAIS CARA.

7 - Tomada de decisão: - Optando por fundação profunda decidir tipo de estaca: - Projeto: a) Decidir diâmetro e calcular capacidade de carga da estaca isolada em função da profundidade; b) Calcular quantidade de estacas em função da carga atuante x admissível. Usar 1, 2, 3, 4... estacas?; c) Definir geometria (espaçamento); Mínimo: geralmente 3 vezes o diâmetro da estaca. Para hélice contínua: usual 2,5 vezes o diâmetro. Dist. mínima vale para estacas em um mesmo bloco ou diferentes blocos; d) Influência do momento no espaçamento; e) Checar estacas em grupo: capacidade de carga e recalque; f) Comportamento em grupo difere do comportamento da estaca isolada.

8 - Grupo de Estacas Verticais: Capacidade de Carga Vertical em Grupos: Estacas ou tubulões muito próximos: comportam se em bloco juntamente com o solo aprisionado entre eles. Fonte: Velloso e Lopes (2010) - Grupo de Estacas Verticais: Diferença em solos argilosos x arenosos: Em areias fofas compactação do solo aumento da capacidade de carga por atrito lateral do conjunto de estacas em relação a uma isolada. Em areias densas não visível comportamento semelhante; Em argilosos para espaçamentos da ordem de 2B comportamento em bloco baixa eficiência. Fonte: Lambe (1969)

9 - Grupo de Estacas Verticais: Diferença em solos argilosos x arenosos: Gráficos a em argila (Whitaker, 1957); Gráficos b em areia fofa (Stuart et al.1960). - Prática de projeto: não se considera aumento de resistência nos solos arenosos fofos pela dificuldade da correta avaliação. OPORTUNIDADE PARA PES- QUISAS. Fonte: Velloso e Lopes (2010) - Grupo de Estacas Verticais: Como estimar então capacidade de carga de um grupo de estacas verticais: Solos arenosos: grupo igual à soma da capacidade de carga isolada das estacas (assumindo bloco rígido). Solos argilosos: grupo comporta se como uma estaca só dada pelo perímetro definido pela linha externa do grupo (assumindo bloco rígido). Ver o que for menor: assim ou soma das isoladas; Conceito da norma brasileira ABNT NBR6122:2010 (independentemente do tipo do solo): Carga admissível grupo < sapata hipotética de mesmo contorno que o grupo a 1/3 do comp. de penetração na camada de suporte. Perímetro estaca hipotética

10 - Grupo de Estacas Verticais (Recalques): Modelar tridimensionalmente (dificuldade com estimativa de E); Artifício do radier fictício (Terzaghi e Peck (1948)) recalque igual ao de uma fund.direta assente em profundidade; D1/D Situação 1 Estacas em solo mole e ponta em resistente 2/3 Estacas em meio homogêneo 1/3 Estacas atravessando camadas mais resistentes e com ponta em solo mole - Grupo de Estacas Verticais (Recalques): Métodos Empíricos: Proposições para condições particulares (tomar cuidado ao usar): SKEMPTON (1953): MEYERHOF (1959): VESIC (1969): FLEMING et al. (1985): Bg = dimensão transversal do grupo de estacas; ξ (csi)= razão entre recalque do grupo e de uma estaca. nr = número de linhas de estacas num bloco quadrado; ς = razão entre o espaçamento Entre estacas e o diâmetro das estacas (s/b). B = diâmetro das estacas. n = número de estacas no grupo; expoente = entre 0,33 a 0,6

11 - Grupo de Estacas Verticais (Recalques): Métodos Elásticos: POULOS E DAVIS (1980): α` = RECALQUE ADICIONAL PROVOCADO POR UMA ESTACA ADJACENTE RECALQUE DE UMA ESTACA α` = α x Nh x Nb x Nν K = Ep x Ra / E, sendo: Ra = 1 para estacas maciças; Ep = módulo de elasticidade do material da estaca; E = módulo de elasticidade do solo. No gráfico: B = diâmetro, L = comprimento, s = espaçamento. - Grupo de Estacas Verticais (Recalques): Métodos Elásticos: POULOS E DAVIS (1980):

12 - Importância de controlar recalques: - Qual magnitude de recalque é aceitável: BJERRUM (1963):

13 - Recuperação de recalques: Macaqueamento; Injeção (CPR Grouting); Estacas de reação. PROCESSOS CAROS. MELHOR PREVENIR QUE REMEDIAR. - Efeitos gerados pelo processo executivo que afetam um grupo de estacas : Estacas cravadas a percussão, em especial pré moldadas levantamento controlar topograficamente emenda por solda.

14 - Efeitos gerados pelo processo executivo que afetam um grupo de estacas : Estacas cravadas a percussão, em especial pré moldadas levantamento controlar topograficamente emenda por solda. Em argilas rijas levantamento. Relatos de levantamentos de até 50cm Fonte: Velloso e Lopes (2010) - Efeitos gerados pelo processo executivo que afetam um grupo de estacas : solo R = 5 x carga admissível na estaca

15 - Efeitos gerados pelo processo executivo que afetam um grupo de estacas : Estacas Pré moldadas de concreto Controle pelo repique: C2 = K 2,5 (mm) K = repique medido Utilizando a Lei de Hooke: Ru = C2*A*E/L Ru = resistência última da estaca A = área da seção transversal E = modulo de elasticidade L = comprimento da estaca - Efeitos gerados pelo processo executivo que afetam um grupo de estacas : Concretagem com injeção preenchimento de cavidades, penetração em solos moles intervalo de execução entre estacas próximas.

16 - Problemas Causados pela Cravação de Estacas : Danos a Estacas Vizinhas Levantamento do solo (argila rija) Recalque do solo (areia fofa) Danos a Construções Vizinhas Levantamento do Solo Vibração Desvio do Alinhamento durante a Cravação - Mistas: Projetos convencionais: Fundação direta carga transmitida diretamente no solo. Fundação profunda carga transmitida pela estaca. Despreza se contribuição do bloco.

17 - Mistas: Kishida e Meyerhof (1965) ideia levar em conta a contribuição dos blocos. Poulos (1968) primeiras análises racionais a respeito do assunto. Economia x necessidade de maiores estudos. Edifício Messeturm Frankfurt 250m Petronas Towers Malásia 450m - Mistas: Compostas por elementos verticais e horizontais. Transferência de carga pelo fuste e ponta dos elementos verticais e na cota de apoio do elemento horizontal.

18 - Mistas: Dois tipos: basicamente rasas; basicamente profundas. - Mistas: basicamente profundas: Possível redução do número total de estacas; Rigidez pouco difere da rigidez do grupo de estacas.

19 - Mistas: basicamente rasas: Solo superficial de boa qualidade; Estacas controlam recalques; Estacas T. - Mistas: basicamente rasas Estacas T: Ligação entre estaca e sapata: apenas cargas Verticais transmitidas, sem momentos (ligação rotulada); Elemento horizontal simplesmente se apóia sobre a estaca; Momentos e cargas horizontais transferidos ao solo pela sapata.

20 - Mistas: basicamente rasas Estacas T: Ruptura por plastificação do solo difícil; Se carga na estaca for superior ao previsto recalque adicional não ruptura plena; Aplicável em solos com Neq do SPT T > 6 sendo: Neq = T/1,2 (Décourt, 1991) - Mistas: basicamente rasas Estacas T: Processo simplificado de cálculo para estimativa: Avalia se a capacidade de carga da estaca isolada convencional; Admite se que 70% da carga seja mobilizada para recalque de topo de 15 a 20mm; Projeta se a estaca e seu topo fica como um misto de bloco de coroamento e fundação rasa; Carga líquida suportada pelo topo = carga nominal do pilar 70% da carga de ruptura da estaca + momentos + horizontais.

21 - Mistas: basicamente rasas Estapatas: Sapatas + estacas sem contato físico; Passo a passo do dimensionamento: Faz se previsão do recalque da sapata isolada; Compara se com a previsão do recalque admissível; Projeta se a estaca; Entre a estaca e a sapata camada de isopor de espessura Igual ao recalque calculado; Solução para controle de recalque.