Geotecnia de Fundações TC 041

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1 Geotecnia de Fundações TC 041 Curso de Engenharia Civil 8º Semestre Vítor Pereira Faro Agosto 2017 ESTUDO DE FUNDAÇÕES FUNDAÇÃO é um elemento de transição entre Estrutura e Solo Engenharia de fundações: Tipo de Solo Solicitações (cargas) Projeto Fiscalização Tipo de estrutura Tipo de Fundações Execução Reforço 1

2 ESTUDO DE FUNDAÇÕES PROJETO a) SEGURANÇA À RUPTURA: solo: cargas transmitidas pelas fundações fundações: enquanto elemento estrutural b) RECALQUES COMPATÍVEIS COM A SUPER- ESTRUTURA propriedades de deformabilidade dos solos determinação de recalques admissíveis 1. NORMAS DE FUNDAÇÕES NBR 6122 (2010): Projeto e execução de fundações NBR (2006): Provas de cargas em estacas NBR 6489 (1984): Prova de carga direta NBR 8036 (1983): Sondagens de simples reconhecimento NBR 6484 (2001): Execução de sondagens 2

3 2. FASES DE SOLUÇÃO DE PROBLEMAS DE FUNDAÇÕES a) CARREGAMENTO (níveis de cargas, tipo, atuação) Produto final do projeto estrutural Obras convencionais P 12kN/m²/andar = 1,2t/m²/andar CARGA POR PILAR aumento cargas P min = 10n a 20n (ton) P excepcional = 200 ton NBR P méd = 20n a 40n (ton) P max = 1000 a 3000 ton P máx = 40n a 60n (ton) n= n de andares Ações nas Fundações Cargas Vivas Operacionais Ocupação por pessoas; Passagem de veículos; Operação de equipamentos móveis (guindastes; ponte rolante, etc..) Armazenamento Atracação de navios, pouso de helicópteros; Frenagem e aceleração de veículos (pontes, garagens, etc.) 3

4 Ações nas Fundações Cargas Vivas Ambientais Vento; Ondas, correnteza; Sismos; Acidentais Solicitações especiais de construção e instalação Colisão de veículos; Explosão, fogo Ações nas Fundações Cargas Mortas ou Permanentes Peso próprio da estrutura e equipamentos permanentes; Empuxo de água (sub-pressão); Empuxo de terra; 4

5 b) INVESTIGAÇÃO DE SUBSOLO Função da complexidade e tipo de obra Subdividida entre preliminar e complementar Preliminar: sondagem SPT Complementar: coleta de amostras ensaios de laboratório ensaios de campo c) ANÁLISE CRÍTICA Busca de solução que atenda aos critérios de comportamento, custo, viabilidade e tempo. c.1) Conhecimentos teóricos de Mecânica dos Solos Propriedades de solos Teorias de capacidade de carga Recalques (Imediatos, adensamento) 5

6 c.2) Normas e Códigos Somatório de experiência e consenso de grupo de especialistas relativo a técnicas e procedimentos. c.3) Experiência anterior Acumulo de conhecimentos : livros, congressos? Experiência profissional c.4) Regras empíricas Adoção de critérios e correlações sem fundamentação teórica: SPT c.5) Fatores econômicos c.6) Equipamento disponível Equipamentos especiais (tubulões a ar comprimido, estacas escavadas de grande diâmetro, pré-moldados) Acesso ao local, custos, disponibilidade c.7) Prática regional Adoção de soluções consagradas c.8) Fundações de edificações vizinhas Tipos de estrutura e fundações Existência de subsolo Possíveis consequências decorrente de escavações Problemas de vibrações ocasionados pela nova obra 6

7 d) SOLUÇÃO DO PROJETO Da análise crítica (Engineering Judment) à solução do problema d.1) Escolha do tipo de fundação Fundação direta x fundação profunda (tipo) d.2) Dimensionamento Projeto propriamente dito: Capacidade de carga e recalque d.3) Especificações construtivas indicações relativas às condições de execução e) EXECUÇÃO e.1) Fiscalização da execução Liberação das fases de projeto e execução, registro em livro de ocorrências e.2) Realização de ensaios Materiais componentes - concreto Provas de carga Ensaios especiais (integridade, rotativa, etc) e.3) Controle de comportamento Controle de recalques 7

8 f) REFORÇO DE FUNDAÇÃO Solução inconveniente Alteração das cargas de projeto Problemas executivos QUADRO GERAL DAS FASES DA SOLUÇÃO DE UM PROBLEMA DE FUNDAÇÕES 1- Determinação das Cargas 2- Investigação do subsolo a) PRELIMINAR amostragem e identificação b) COMPLEMENTAR ou DEFINITIVA ensaios in situ ou coleta de amostras para ensaios em laboratório 8

9 a) Conhecimentos teóricos 3- Análise crítica visando a solução b) Normas, especificações e códigos c) Experiência anterior d) Regras empíricas e) Fatores econômicos f) Equipamentos disponíveis g) Prática regional h) Fundações das edificações vizinhas 4- Solução (em nível de Projeto) a) Escolha do Tipo b) Dimensionamento c) Especificações Construtivas 9

10 5-Execução a) Fiscalização da execução b) Ensaios materiais provas de carga especiais (auscultação, instrumentação) c) Controle de Comportamento (Verificação de recalques, esforços em escoramentos) 6- Reforço de Fundações (casos especiais de mau desempenho das fundações ou alteração do estado de carregamento) 10

11 ESTUDO DE FUNDAÇÕES Forma de transferência de cargas da estrutura para o solo Diretas Base do elemento Profundidade da cota de apoio Rasas 3 metros Indiretas Atrito lateral e por efeito de ponta Profundas a cota de apoio da base situa-se a uma profundidade superior a 2 vezes sua menor dimensão ESTUDO DE FUNDAÇÕES Dois grupos distintos definidos segundo a forma de transmissão das cargas ao solo a) FUNDAÇÕES DIRETAS: carga transmitida ao solo por pressões na base das fundações b) FUNDAÇÕES PROFUNDAS: carga transmitida ao solo por pressões na base das fundações e por atrito ou adesão na superfície lateral 11

12 FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS FUNDAÇÕES PROFUNDAS 12

13 FUNDAÇÕES MISTAS Fundações diretas rasas Fundações diretas profundas Quadro resumo Blocos e alicerces Sapatas Radiers Tubulões Corrida Isolada Associada Alavancada Céu aberto Ar comprimido Fundações indiretas Brocas Estacas de madeira Estacas de aço Estacas de concreto pré-moldadas Estacas de concreto moldadas in loco Strauss Franki Hélice contínua/ômega Barrete/Estacão e raiz 13

14 ESTACAS CRAVADAS Execução e Defeitos 14

15 ESTACAS ESCAVADAS Execução e Defeitos TOMADA DE DECISÃO 15

16 Estacas de Madeira Troncos de árvores cravados com bate-estacas de pequenas dimensões. Antes da difusão da utilização do concreto elas eram muito usadas quando a camada de apoio às fundações se encontrava em profundidades grandes. Tipo de madeiras utilizadas é o eucalipto ou madeira de lei (peroba, aroeira, maçaranduba, ipê...) Diâmetros usuais: 25, 30, 35 e 40cm. Estacas caras com relativa baixa capacidade de carga em relação ao diâmetro e difíceis de encontrar. No Brasil atualmente - em obras provisórias. Teatro Municipal do Rio de Janeiro Estacas de Madeira Em Curitiba, edifício Moreira Garcez: - Rua XV de Novembro com Voluntários da Pátria; - Primeiro arranha-céu do Paraná, terceiro do - país; - Engenheiro João Moreira Garcez, prefeito. - Troncos de eucalipto embebidos em óleo cru. 16

17 Estacas de Madeira Desvantagem: Submetida a variação do NA apodrece por ação de fungos aeróbios. Impossível obter um meio completamente seco. Estacas de Madeira Considerar anisotropia, material não homogêneo: 17

18 Dimensionamento Estaca de Madeira LIGAÇÕES EM ESTACAS DE MADEIRA REGRA GERAL: 35 Dimensionamento Estaca de Madeira 36 18

19 Estaca Metálica Diversas formas: perfis laminados (I ou H, ou trilhos de trem), perfis soldados e tubos. Estaca Metálica Perfis laminados (I) 19

20 Estaca Metálica Perfis laminados (H e Trilhos) Fundações indiretas profundas Estacas metálicas Profundidade acima de 24 m (cuidar com verticalidade) Boa Durabilidade sempre enterradas (quantidade de oxigênio nos solos naturais muito baixa) 20

21 Dimensionamento Estaca de Aço 41 Dimensionamento Normas: A NBR 6122 dispensar tratamento especial desde que descontada uma espessura de sacrifício. As estacas devem ser dimensionadas pela NBR 8800, considerando a espessura reduzida (pela espessura de sacrifício) da NBR

22 Dimensionamento Características complementares: Atrito lateral perímetro; Ponta seção envolvente; Possibilidade de aumentar a Aponta; 43 Dimensionamento Características complementares: Variação de perfil com a profundidade por (atrito lateral) resultante vai reduzindo. Cuidar com ancoragem da estaca no bloco. Aderência (1,4 menor que barra entalhada)

23 Estaca Metálica Vantagens Podem ser cravadas em quase todos tipos de terrenos Possuem facilidade de corte e emenda Podem atingir grande capacidade de carga Trabalham bem a flexão Se utilizadas em serviços provisórios podem ser reaproveitadas várias vezes Penetram em solos mais resistentes. Desvantagem Custo maior em relação às estacas pré-moldadas de concreto, Strauss e Franki. Estacas Pré-Moldadas de Concreto Concreto é o melhor material para a construção de estacas graças a sua resistência aos agentes agressivos e suporta bem aos ciclos de umedecimento e secagem além de elevadas cargas. Classificação: Tipo de Concreto Concreto vibrado Concreto centrifugado Extrusão Confecção Em Canteiro Em Usina Armadura Concreto armado Concreto protendido 23

24 Estacas Pré-Moldadas de Concreto Podem ser produzidas em seções: Quadrada Circular Sextavada Vazadas ou não O comprimento de cravação real às vezes difere do previsto na sondagem, levando a duas situações Necessidade de corte Necessidade de emenda Estacas Pré-Moldadas de Concreto Vantagens Boa qualidade do concreto Segurança a passagem através de camadas muito moles Podem ser cravadas até níveis abaixo do nível d água Desvantagens Vibrações no terreno. Não atravessam camadas resistentes. Necessidade de boa definição da camada resistente, para evitar-se corte ou emendas (custo). 24

25 Estacas Pré-Moldadas de Concreto Manipulação e Estocagem Pontos de suspensão (pelos quintos) Fabricada em segmentos (4 a 12 m) Requerem armaduras especiais para içamento Içamento (pelo terço) Estocagem (pelos quintos) Estacas Pré-Moldadas de Concreto Emenda por solda 25

26 Estaca Prensada (Mega) Sistema de introdução de cilindros de aço ou concreto sob a fundação existente. Trabalhos realizados a partir de acessos escavados até cerca de 1,5 m abaixo da fundação original. Elementos cravados por prensagem através de um cilindro (macaco) hidráulico que toma como base (reação) a fundação existente, a capacidade de carga aumenta a cada aplicação dos elementos. Estaca Prensada (Mega) Para a cravação dessas estacas emprega-se uma plataforma com sobrecarga ou a própria estrutura como reação. Necessário que o terreno suporte a carga de reação. 26

27 Estaca Prensada (Mega) Tipos de Estaca Fundações indiretas Estacas de madeira Estacas de aço Estacas de concreto pré-moldadas Estacas de concreto moldadas in loco Broca Strauss Franki Hélice contínua/ômega Barrete/Estacão e raiz 27

28 Estaca Broca São executadas in loco sem molde. Casos com baixa intensidade de cargas Terrenos com menor capacidade superficial Escavada com trado e preenchida com concreto Φ da broca entre 15 e 30 cm (usual 20 cm) Broca do trado é composto de 4 facas Acoplado a tubos de aço galvanizado Estaca Broca Sequência executiva 28

29 Estaca Broca Limitação: Só pode ser executada acima do lençol freático Não tem garantia de verticalidade Há perigo de mistura solo-concreto Baixa capacidade de carga (geralmente 4 a 5 tf) Comprimento máximo 6 m (comum: 3,0 a 4,0 m) Nspt até 8 aprox.. Trabalha apenas a compressão (as vezes utiliza-se uma armadura para fazer a ligação com outros elementos) Estaca Strauss Fundação de concreto simples ou armado, moldada in loco e executada com revestimento metálico recuperável. Profundidade: até 24 m Acima do lençol freático Diâmetro: 30 a 45 cm (usual) Qualidade depende da execução Sonda 58 29

30 Estaca Strauss 59 Estaca Strauss Pontos Fortes Limitação Pode ser empregada em terrenos acidentados devido a simplicidade do equipamento utilizado. Capacidade de carga < estaca Franki e prémoldadas de concreto Baixa produtividade se comparada às escavadas com trado mecânico Limitada ao nível do lençol freático 30

31 Estaca Franki Desenvolvida pelo eng. belga Edgard Frankingnoul na década de Apresentava qualidade e custo vantajoso, devido comprimentos menores (base alargada). Alto grau de atrito lateral Melhoramento do terreno Profundidade até 18m Φ 30 a 60 cm Causa vibração Estaca Franki Pilão 31

32 Estaca Franki Estaca Franki Standard Cravada com ponta aberta Sequência executiva 32

33 Estaca Franki Mista (Fuste Pré-Moldado) Sequência executiva Estaca Franki Caso exista uma camada de argila orgânica mole saturada: Alternativa 1: Cravar o tubo até solo firme e encher o mesmo com areia Arrancar o tubo e tornar a cravá-lo no mesmo lugar. Observação: isso irá formar uma camada de areia que irá aumentar a resistência da argila mole, protegendo o concreto fresco do estrangulamento. Alternativa 2: após a cravação do tubo, execução da base e colocação da armação, encher inteiramente o mesmo com concreto plástico (slump 8 a 12 cm). Em seguida, o mesmo é retirado de uma só vez com o auxílio de um equipamento vibrador acoplado ao tubo. A este processo executivo dá-se o nome de estaca Franki com fuste vibrado. 33

34 Estaca Franki Pontos Fortes Pontos Fracos Grande capacidade de carga Alta vibração do solo durante a execução Podem ser executadas a grande profundidade Grande área necessária para o bate estacas Não são limitadas pelo lençol freático Estaca Escavada Seção circular (Φ 20 a 200 cm) Escavação mecânica com equipamento rotativo Uso de lama bentonítica Concretada com uso de tremonha Profundidade: 30 a 70 m Cuidar com solos moles 34

35 Estaca Escavada Estaca Escavada Mesa rotativa que aciona uma haste telescópica que tem em sua extremidade inferior a broca de perfuração Tipos de Brocas Trado helicoidal Caçamba Cortante dentada Coroa rotativa Martelo piteira 35

36 Estaca Escavada Estaca Raiz Têm particularidades que permitem sua utilização em casos em que os demais tipos de estacas não podem ser empregadas. Não produzem choques nem vibrações Há ferramentas que permitem executá-las através de obstáculos tais como rocha ou peças de concreto (penetração em rocha) Os equipamentos são de pequeno porte, o que possibilita o trabalho em ambientes restritos Podem ser executadas na vertical ou em qualquer inclinação. Essas características fizeram praticamente eliminar as estacas tipo Mega do mercado. 36

37 Estaca Raiz Microestaca 37

38 Hélice Contínua Profundidade de até 32 m Φ até 120 cm e 700tf Baixo grau de ruído e vibração Perfuração em solos pouco coesos Perfuração abaixo do nível da água Controle a partir do torque Hélice Contínua 38

39 Hélice Contínua Armadura colocada posteriormente à concretagem slump alto armadura até 12m ok cuidar acima disso. Característica Unidade Consumo de Cimento > 400 kg/m 3 Slump Test 22 ± 3 cm Fator água/cimento < 0,6 % argamassa em massa > 55% fck > 20MPa Na introdução da armadura cuidar com verticalidade perfuração da estaca. Versátil, rápida execução (400m por dia), sobreconsumo de até 30%, variações de seção (bulbos), 90 dias para mobilização. Hélice Contínua 39

40 Hélice Contínua Estacas Ômega Ômega Profundidade de até 25 m Φ até 30 a 60 cm 2000 kn Baixo grau de ruído e vibração Perfuração em solos pouco coesos Perfuração abaixo do nível da água Controle a partir do torque 40

41 Estacas Ômega 41