Comportamento de Estacas Metálicas cravadas em solo mole da Barra da Tijuca - RJ. Fred Falconi Marco Aurélio de Oliveira

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1 Comportamento de Estacas Metálicas cravadas em solo mole da Barra da Tijuca - RJ Fred Falconi Marco Aurélio de Oliveira 2013

2 PROVA DE CARGA ESTÁTICA INSTRUMENTADA EM ESTACA METÁLICA DE SEÇÃO DECRESCENTE COM A PROFUNDIDADE ANÁLISE DE DESEMPENHO E CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO

3 Histórico das Estacas Metálicas Perfis metálicos laminados ou soldados e Trilhos LAMINADOS ESPECIFICAÇÃO 2 ÁREA DE AÇO (cm ) PESO (kg/m) CARGA MÁXIMA (tf) H 6" X 6" H 8" X 4" I10 X 4 5/8" I12 X 5 1/4" 47,3 34,8 48,1 77,3 37,1 27,3 37,7 60,6 40,0 30,0 40,0 60,0 TRILHOS ESPECIFICAÇÃO 2 ÁREA DE AÇO (cm ) PESO (kg/m) TR 25 31,4 24,7 TR 32 40,9 32,0 CARGA MÁXIMA (tf) 25,0 35,0 TR 37 47,3 37,1 40,0 TR 45 56,8 44,7 45,0 TR 50 64,2 50,4 55,0 TR 57 72,0 57,0 60,0 fyk = 2500 kgf/cm²

4 Histórico das Estacas Metálicas SÉRIE 150 Perfis metálicos laminados e Trilhos 2002 Novos perfis SÉRIE 200 SÉRIE 250 SÉRIE Ampla variedade de bitolas de 150 a 610mm; Perfis de abas paralelas que facilitam a solda de filete ; SÉRIE 360 SÉRIE 410 Perfis mais leves e mais resistentes: fyk = 3450 kgf/cm² SÉRIE 460 SÉRIE 530 SÉRIE 610

5 Estacas Metálicas a partir de 2002 Ampla variedade de bitolas para perfis de um mesmo grupo ( mesma altura interna e dimensões externas semelhante EXEMPLO : SÉRIE 310 BITOLA HP 310 X 79 HP 310 X 93 W 310 X 97 W 310 X 107 HP 310 X 110 HP 310 X 117 HP 310 X ÁREA DE AÇO (cm ) 100,0 119,2 123,6 136,4 141,0 149,9 159,0 MASSA (kg/m) 79,0 93,0 97,0 107,0 110,0 117,0 125,0 PERÍMETRO COLADO (cm)177,0 178,0 179,0 180,0 180,0 180,0 181,0 Area: 100 a 159 cm² => 60% massa: 79 a 125 kg/m => 60% Perímetro: 177 a 181 cm => 2,5%

6 Histórico das Estacas Metálicas 2002 Nova gama de 2005 Perfis metálicos Solução com estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade

7 Estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade Definição: estacas constituídas por perfis metálicos com dimensões de aba e alma semelhantes, porém com espessuras menores ao longo da profundidade. SEÇÃO TIPICA DA ESTACA Exemplo COTA DE TOPO 3º ELEMENTO: COMPRIMENTO = 2º ELEMENTO: COMPRIMENTO = W310X97 12 m HP310X93 12 m 1º ELEMENTO: COMPRIMENTO = HP310X79 24 m COTA DE PONTA

8 1º ELEMENTO PROFUNDIDADE (m) 2º ELEMENTO 3º ELEMENTO AUMENTO DE MASSA 4º ELEMENTO tf 120 tf 150 tf 220 tf Estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade Critérios de dimensionamento: a) Atender ao diagrama de transferência de cargas DIAGRAMA DE TRANSFERÊNCIA DE CARGAS ATUANTES Carga (tf) CARGA NA PONTA PERFIL SEÇÃO CONSTANTE

9 Critérios de dimensionamento: b) É indispensável que os perfis sejam do mesmo grupo de fabricação (dimensões semelhantes) para que não comprometa o procedimento e a qualidade das soldas ESCALA (mm) HP 310 X 93

10 Estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade Detalhes da solda DETALHE DA EMENDA DOS PERFIS PERSPECTIVA SOLDA PLANTA CHAPA PROVENIENTE DA ABA VISTA FRONTAL PERFIL METÁLICO SOLDA DE TOPO CHAPA PROVENIENTE DA ALMA CHAPA PROVENIENTE DA ABA SOLDA CHAPA PROVENIENTE DA ALMA ENCHIMENTO COM SOLDA CHAPA PROVENIENTE DA ABA PERFIL METÁLICO CHAPA PROVENIENTE DA ALMA ENCHIMENTO COM SOLDA

11 Estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade Detalhes da solda HP 310 X 93 HP 310 X 79

12 Estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade Critérios de dimensionamento: c) Carga Admissível à Compressão Nd = fyk x As* 2 (NBR6122/10) As -> Área de aço já descontada a espessura de 1,0 a 3,2mm devido a corrosão ( NBR-6122/2010 item ) Valor em função de agressividade do solo

13 Casos de obra Jaboatão dos Guararapes-P.E., agosto-2005

14 Jaboatão dos Guararapes, 2005 Solução com estacas de seção variável = 1050 t de aço Solução com estacas de constante = 1170 t de aço Economia de 120 t (10%)

15 Jaboatão dos Guararapes, 2005 PERFIL GEOTÉCNICO 0,0 5,6 ATERRO 10,0 TURFA 18,0 ARGILA MUITO MOLE C/ MAT. ORGÂNICA AREIA COMPACTA 24,0

16 Jaboatão dos Guararapes, 2005 Cravação em andamento

17 Jaboatão dos Guararapes, 2005 Cravação

18 Jaboatão dos Guararapes, 2005 Emenda dos perfis

19 Jaboatão dos Guararapes, 2005 Emenda dos perfis

20 Casos de obra Santos S.P, 2005 a 2007 PROVAS DE CARGA INSTRUMENTADAS

21 Santos, 2006 Características da obra PRED Localização: Canal 6 Santos S.P.; 24 pavimentos; Cargas nos pilares: corpo do prédio: 400 a 1500 tf periferia: de 50 a 150 tf Soluções de Fundações estudadas: -Estacas escavadas de grande diâmetro -Estacas metálicas de seção constante -Estacas metálicas de seção decrescente ECONOMIA EM PESO NO AÇO DE 12%

22 Projeto Santos, Obra: PRED CARGA MÁXIMA DE TRABALHO 247 tf

23 HP 310x 93 HP 310x110 HP 310x 79 LOCAL RUA JOAQUIM MONTENEGRO - SANTOS -S.P. Santos, 2006 Obra PRED PERFIL GEOTÉCNICO PERFIL - SP03 PROF.(M) SPT 0 - DESCRICAÇÃO AREIA FINA SILTOSA, POUCO A 6 15 MEDIANAMENTE COMPACTA, CINZA 7 17 SPTmedio ARGILA MARINHA SILTOSA, MUITO 19 2 MOLE, CINZA ESCURA 20 1 SPTmedio 1, ARGILAS SFL (MASSAD, 1990) ARGILA MARINHA ARENOSA, MOLE 38 3 A MUITO MOLE, CINZA ESCURA 39 4 SPTmedio ARGILAS SFL (MASSAD, 1990) AREIA FINA SILTOSA, COM DETRITOS VEGETAIS, COMPACTA, CINZA E MARROM SPTmedio ARGILA MARINHA SILTOSA, PCO 47 6 ARENOSA, MOLE Á MÉDIA, CINZA SPTmedio AREIA FINA SILTOSA, COM DETRITOS 49 6 ARGILA MARINHA SILTOSA, POUCO 50 7 COM DETRITOS VEGETAIS,MEDIA, CINZA 51 7 SPTmedio AREIA FINA SILTOSA COMPACTA A MUITO COMPACTA, CINZA E MARROM SPTmedio AREIA FINA SILTOSA POUCO ARGLOSA MEDIANAMENTE COMPACTA, CINZA SPTmedio 12

24 Santos, 2006 Obra: Pred Cravação em andamento

25 Santos, 2006 Obra: Pred Instalação dos Strain Gages CABOS STRAIN GAGES

26 Santos, 2006 Obra: Pred Instalação dos Strain Gages PROTETOR TUBO DE AÇO GALVANIZADO PARA PASSAGEM DOS CABOS P/ STRAIN GAGES REDUTOR DE ATRITO PONTA DO PERFIL

27 Santos, Obra: Pred VISTA DO REDUTOR DE ATRITO REDUTOR DE ATRITO STRAIN GAGES PROTEGIDOS

28 Santos, Obra: Pred Instalação dos Strain Gages FIXAÇÃO DOS TUBOS NO PERFIL

29 Santos, 2006 Obra: Pred RESULTADOS OS TUBOS NÃO SUPORTARAM OS ESFORÇOS DE CRAVAÇÃO E ACABARAM DESPRENDENDO DO PERFIL; OS STRAIN GAGES FORAM PERDIDOS; A CRAVAÇÃO FOI EXTREMAMENTE DEMORADA, DIFICULTANDO TODO O PROCESSO E PERMITINDO A RECUPERAÇÃO ( SET-UP ); A CARGA DE RUPTURA FOI SATISFATÓRIA, OBTENDO-SE UM COEFICIENTE DE SEGURANÇA DE 1,65.

30 Santos, 2006 Obra: Pred SISTEMA DE REAÇÃO DA PROVA DE CARGA

31 Santos, 2006 Obra: Pred LEITURAS DE DESLOCAMENTO

32 Recalque ( mm ) Santos, 2006 Obra: Pred Curva - Carga x Recalque Carga ( tf ) FS=1,65 Curva Ajustada" Não foi possível manter a carga

33 Santos, 2006 Obra: Conf Características: Localização: entre Canais 2 e 3 Santos S.P.; 23 Pavimentos; Cargas nos pilares: de 200 a 1500 tf Soluções de Fundações estudadas: -Estacas escavadas de grande diâmetro -Estacas metálicas de seção constante -Estacas metálicas de seção decrescente ECONOMIA EM PESO DO AÇO DE 14%

34 Santos, Obra: CONF Características do Projeto

35 4º ELEMENTO 3º ELEMENTO 2º ELEMENTO 1º ELEMENTO Santos, Obra CONF Perfil Geotécnico cota sondagem100,45 COTA PROF.(M) SPT DESCRICAÇÃO 0 0 cotas 99, ,00 0,0 COTA DE CRAVAÇÃO = 99,00 98, (-1,45) SONDAGENS 97, , , AREIA FINA SILTOSA, W 310 X 97 94, MEDIANAMENTE COMPACTA A COMPACTA, CINZA Area Aço (cm²)= 123,6 93, Area circunscrita (cm²)= 939,4 92, Perimetro colado (cm)= , ,45 90, AREIA FINA SILTOSA, COM NÓDULOS DE 89, ,25 ARGILA, FOFA A PCO COMPACTA, CINZA 88, , , ,0 (COTA 86,00) 85, ARGILA MARINHA, PCO ARENOSA 84, MUITO MOLE, CINZA ESCURA HP 310 X 93 83, Area Aço (cm²)= 119,6 82, ,25 Area circunscrita (cm²)= 933,24 81, Perimetro colado (cm)= , AREIA FINA SILTOSA, MUITO COMPACTA A ' 79, COMPACTA, CINZA 1º nível de Strain Gages (-20,5m) 78, ,05 COTA 78,50 77, , , , ,0 (COTA 74,00) 73, ARGILA MARINHA PCO ARENOSA COM NÓDULOS 72, DE AREIA, MOLE, CINZA ESCURA 71, , HP 310 X 79 69, Area Aço (cm²)= , Area circunscrita (cm²)= 914,94 67, Perimetro colado (cm)= 177,0 66, ,95 65, AREIA FINA SILTOSA, COM MICA, POUCO 2º nível de Strain Gages (-34,0m), 64, ,15 COMPACTA, CINZA ESCURA Cota 65,00 63, , ,0 (COTA 62,00) 61, , , ARGILA MARINHA POUCO ARENOSA, MOLE HP 310 X 79 58, CINZA ESCURA Area Aço (cm²)= , Area circunscrita (cm²)= 914,94 56, Perimetro colado (cm)= 177,0 55, , ,55 53, ,80 AREIA FINA SILTOSA, COM MICA, POUCO 52, º nível de Strain Gages (-48,0m) 51, Cota 51,0 50, AREIA FINA E MÉDIA SILTOSA, COM MICA, POUCO -49,0 (COTA 50,00) 49, ARGILOSA, C/ PEDREGULHOD FINOS, MEDIANAMENTE 48, COMPACTA, CINZA 47, ,96

36 Santos, 2006 Obra: Conf Instalação dos Strain Gages CABOS CHAPA DE PROTEÇÃO CHAPA DE PROTEÇÃO CABOS STRAIN GAGES STRAIN GAGES CABOS CHAPA DE PROTEÇÃO

37 Santos, 2006 Obra: Conf Detalhe da Cantoneira

38 Santos, 2006 Obra: Conf Detalhe da Cantoneira

39 Santos, 2006 Obra: Conf Problemas durante a solda

40 Santos, 2006 Obra: Conf Problemas durante a solda

41 Santos, 2006 Obra: Conf Instalação dos Strain Gages

42 Instalação dos Strain Gages

43 Instalação dos Strain Gages 5 6 7

44 Cravação FINAL DO 1 ELEMENTO INICIO 1ª EMENDA

45 Cravação - Execução das soldas EXECUÇÃO DAS SOLDAS CABOS PROTEGIDOS CANTONEIRA VISTA DO PERFIL CRAVADO

46 Cravação - Execução das soldas 2 1 RESFRIAMENTO DURANTE A SOLDA SOLDA DAS CANTONEIRAS

47 Cravação - Resultados A estaca atingiu o comprimento previsto de 49,0m Nega ao final da cravação = 69mm; repique elástico = 18 mm (peso do martelo = 5500 kg e altura de queda de 60 cm) O gráfico de cravação apresentou coerência com a sondagem mas próxima Os instrumentos foram instalados com sucesso nas profundidades previstas

48 Prova de carga ESTACA DE REAÇÃO ESTACA DE REAÇÃO Executada 14 dias após a cravação D A CORTE 1-1 VIGA METÁLICA PERFIL DUPLO W 610 X 155 C 1 MACACO HIDRÁULICO EXTENSÔ- METRO CALÇO MACACO VIGA DE REFERÊNCIA VIGA METÁLICA DUPLO W 610X174 NÍVEL DO TERRENO ESTACA ENSAIADA E B ESTACA ENSAIADA

49 Prova de carga Vista do sistema de reação

50 Prova de carga Carregamento rápido com incrementos equivalentes a 10% da carga de trabalho (205 tf) Leituras de deslocamentos no topo da estaca com 6 defletômetros mecânicos ( 4 para deslocamentos verticais e 2 para deslocamentos horizontais) Deslocamentos horizontais Deslocamentos verticais

51 Instrumentação P CX SELETORA PAINEL DIGITAL DEFORMAÇÃO ESPECIFICA σ, F E, As CABOS STRAIN GAGES

52 Prova de carga PAINEL DIGITAL E CAIXA SELETORA

53 Resultados Obtidos - Prova de carga FS=1,7 Dez/2006

54 Resultados Obtidos Prova de carga TOPO DA ESTACA 20,5m 34,0m 48,0m 49,0m

55 Prova de Carga Resultados Obtidos CARGA DE RUPTURA

56 PROFUNDIDADE (m) Resultados Obtidos ATRITO LATERAL ACUMULADO (tf) CARGA (tf) , ,0 196, , ,9 508 Aoki Decourt P.P. Veloso Prova de carga

57 Recalque ( mm ) Método proposto para cálculo de capacidade de carga Baseado no diagrama de transferência de carga obtido Curva - Carga x Recalque Resultados de 5 outras provas de carga com características semelhantes Carga ( tf ) No conhecimento atual da influência da formação geológica nas propriedades geotécnicas das argilas da Baixada Santista (Massad e Teixeira, 1988, 1990 e 2003) Método de cálculo proposto para estacas metálicas profundas na cidade de Santos Lau PRED CONF EC ESTR BES

58 Método Proposto a) Carga de Ruptura total (PR) PR PP PL PL U L fs U...Perímetro colado da estaca [m] L...Espessura da camada [m] fs...adesão [tf/m²] ARGILAS MARINHAS SPT médio < 2 2 tf/m² 2 < SPT médio < 4 3 tf/m² 4 < SPT médio < 6 6 tf/m² AREIAS fs, 21 N 0 [tf/m²] média dos N SPT s das camadas de areia

59 Método Proposto PR PP PL PP Acirc k Varia em função do SPT do solo 10 < N < < k < 400 tf/m² 40 < N < < k < 4000 tf/m², Onde N = média dos N SPTs na ponta e 1,0m abaixo

60 PROFUNDIDADE (m) Prova de carga Resultados Obtidos Desenvolvimento do atrito lateral x Profundidade AREIA SPT MÉDIO = 15,1 ARGILA MARINHA SPT MÉDIO = 2, AREIA SPT MÉDIO = 38, ARGILA MARINHA SPT MÉDIO = 3,8 ARGILA MARINHA SPT MÉDIO = 5,5 196,7 AREIA SPTM = 5, AREIA SPT MÉDIO = 15,7 329,9 Carga - Atrito lateral (kn) Cargas medidas (tf) Aoki - Veloso Decourt-Quaresma P. PauloVeloso Método proposto

61 Recalque ( mm ) 0 Rua Bahia - Canal 2 - Santos Curva - Carga x Recalque Março/2007 Carga de trabalho = 232 tf Carga de ruptura = 390 tf Método proposto PL=365 tf; PP=35 tf PR = 400 tf

62 Shopping Metropolitano Barra da Tijuca RJ FRED FALCONI 2013

63 Shopping Metropolitano Barra da Tijuca RJ Área do Terreno = m² Área Construída ~ m² 230 lojas, 8 cinemas e cinco restaurantes Localizado na Av. Abelardo Bueno, próximo ao Hospital Sarah, Maria Lenk Parque Aquático e futuras instalações do Parque Olímpico de 2016

64 Shopping Metropolitano Barra da Tijuca RJ

67 Planta de Cargas

68 Planta de Cargas Quadrante 1

69 Sondagem Mista SM-210A

70 Sondagem Mista SP-202

71 Alternativas de Solução Projeto Original Estacas Pré-Moldadas Dificuldade de ultrapassar camada de concreção limonítica verificado na sondagem anterior Estacas Hélice Contínua Restrição de número de equipamentos com torque adequado para a situação

72 Proposta de Modificação: Perfis Metálicos HP250 x 62 para até 100tf W250 x 80 para até 100tf W310 x 97 para até 200tf W310 x 107 para até 210tf HP310 x 125 para até 250tf

73 Projeto de Fundações Quadrante 1

74 Solução Condicionada a Execução de 7 Provas de Carga Estáticas Prévias, Para Viabilizar FS=1,6, Além de 35 Ensaios de Carregamento Dinâmicos

75 Início das Cravações

76 Cravações

77 Equipamento

78 Equipamento

79 Equipamento

80 Estaca Prova Negas e Repique

81 Solo Mole Aterro de Suporte

82 Solo Muito Mole

83 Provas de Carga Estática

84 Plano de Carregamento

85 Esquema de Transferência de Carga

86 Controle de Recalque

87 Provas de Carga Estáticas

88 Tabela Resumo dos Perfis das Provas de Carga Estáticas

89 1ª Prova de Carga Estática

90 Croqui da Prova de Carga Y3-17

91 Sondagem da Prova de Carga Y3-17

92 Curva Carga Recalque Y3-17 Em função de problemas em pino de uma das estacas de reação, a prova de carga foi precocemente interrompida

94 Croqui da Prova de Carga P-19

95 Sondagem da Prova de Carga P-19

96 Curva Carga Recalque P-19 Em função de novos problemas em pino de uma das estacas de reação, a prova de carga foi precocemente interrompida

98 Croqui da Prova de Carga M-24

99 Sondagem da Prova de Carga M-24

100 Curva Carga Recalque M-24

101 Curva Carga Recalque M-24 (4 Inst.)

102 Curva Carga Recalque M-24 (Reações)

104 Croqui da Prova de Carga H-16

105 Sondagem da Prova de Carga H-16

106 Curva Carga Recalque H-16

108 Croqui da Prova de Carga D-10

109 Sondagem da Prova de Carga D-10

110 Curva Carga Recalque D-10

112 Croqui da Prova de Carga F-7

113 Sondagem da Prova de Carga F-7

114 Curva Carga Recalque F-7

116 Croqui da Prova de Carga X-7

117 Sondagem da Prova de Carga X-7

118 Curva Carga Recalque X-7

119 Análises das Provas de Carga: 1. As extrapolações das Provas de Carga mostraram que na maioria dos casos não se aplicavam em função da linearidade das curvas. 2. Efetuamos análises de interpretação da carga de ruptura por diversos métodos, com base nos dados do M-24, apresentados a seguir.

120 1. Curva Carga x Recalque (NBR6122/10)

121 2. Curva Carga x Recalque (Davisson-1973)

122 3. Curva Carga x Recalque (Van Der Veen , modificado por Aoki)

123 4. Curva Carga x Recalque (Mazurkiewicz)

124 5. Curva Recalque x Recalque/Carga (Chin)

125 5.1. Curva Carga x Recalque (Chin)

126 6. Curva Recalque x Carga/Recalque (Decourt )

127 Ensaios de Carregamento Dinâmico

128

129 Resumo dos Ensaios

132 Resumo de Resultados

133 Resumo de Resultados