ESTACAS HELICOIDAIS. (21)

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1 ESTACAS HELICOIDAIS A P R E S E N T A Ç Ã O T É C N I C A (21) [email protected]

2 GEOTECHNICAL A utilização de estacas helicoidais data de 1838, Alexander Mitchell foi o responsável por este tipo de fundação, utilizando em uma série de faróis da costa Inglesa. O reforço de fundações superficiais consiste da transferência do carregamento dos elementos de fundação original da superestrutura, para camadas mais profundas de solo com capacidade suporte. Embora cada tipo de reforço atue em parte ou em toda a fundação, as causas gerais que podem levar a tais ações são classificadas em quatro grupos principais: Aqueles derivados de erros de projeto. As que são originadas por defeito de execução. Aqueles derivados a partir de variações nas condições ambiente da estrutura. Alteração da atividade de utilização da edificação. No caso de trabalhos de refundação, identificado o problema e sua causa, a intervenção é rápida e limpa, restabelecendo segurança para estrutura.

3 ESTACAS HELICOIDAIS Estacas Helicoidais são elementos metálicos instalados por rotação, com determinada geometria de haste, determinado número de hélices e comprimento, dimensionados com base nas condições do solo e solicitação de carregamento. Com base na sondagem e no carregamento de projeto, a estaca helicoidal é dimensionada para ser instalada sob determinado torque, pressão hidráulica e comprimento mínimo especificados em projeto. Após instalação, o próprio elemento torna-se parte da estrutura de fundação, sem necessidade de escavação, perfuração preliminar, compactação de solo ou utilização de concretagem. São compostas por diferentes elementos que resumem-se em seção guia e extensões com ou sem hélices, conectados por parafusos para transferência das tensões. Cada modelo tem capacidade de suportar determinadas cargas e diferentes condições de esforços (tração, compressão e esforços horizontais), quando uma única estaca não absorve todo carregamento imposto, essa carga deve ser distribuída com a instalação de mais estacas. Existem modelos que suportam até 136 toneladas com uma única estaca. São compostas de uma seção guia, com até seis hélices helicoidais de diâmetros variando de 10 a 14, soldadas em haste com 4 de diâmetro, conectados às extensões lisas, de tubos de mesmo diâmetro. CARACTERÍSTICAS Verificação da pressão de cravação da estaca. Hastes: Seções Guia e Extensões: Tubos de 101,6 x 8,08 mm em aço ASTM A501, A53 GRB SCH80 ou VMB-300 COR. Hélices: Chapa de aço ASTM A36 ou SAC 41, com espessura de 12,7 ou 14,0 mm, diâmetro de 10, 12 e 14, passo 95 mm e furo central de 107,95 mm de diâmetro. Luvas: Tubos de 127 x 11 mm em aço ASTM A501, A53 GRB SCH80 ou VMB-300 COR, com comprimento de 330 mm ou sistema ponta/bolsa, com os mesmos tipos de aço dos tubos acima descritos.

4 MODELOS E CAPACIDADES Modelo SS (Square Shaft) Perfil Quadrado Maciço SS125 SS5 SS150 SS175 SS200 SS225 5kNm 7kNm 9kNm 15kNm 22kNm 31kNm 22,7ton 31,7ton 31,7ton 45,7ton 68,0ton 90,7ton X = 3,2cm X = 3,8cm X = 3,8cm X = 4,5cm X = 5cm X = 5,7cm Y = 4cm Y = 4,85cm Y = 4,85cm Y = 5,8cm Y = 6,5cm Y = 7,45cm X BARRA SÓLIDA Y Modelo RS (Round Shaft) Perfil Tubular RS RS RS RS RS RS kNm 11kNm 18kNm 31kNm 54kNm 81kNm 27,2ton 40,9ton 54,4ton 63,5ton 90,7ton 136,1ton D = 7,3cm D = 7,3cm D = 8,9cm D = 11,4cm D = 16,8cm D = 21,9cm W = 0,5cm W = 0,7cm W = 0,76cm W = 0,86cm W = 0,7cm W = 0,63cm D SEÇÃO TUBULAR W TRINCAS ESTACAS HELICOIDAIS

5 DIMENSIONAMENTO Profundidade mínima Superfície 5D H3 H1 H2 D D 1 UC f Espaço entre hélices A capacidade de carga consiste na soma das capacidades de cada hélice e o modelo é válido tanto para compressão quanto para tração. Espaço entre as hélices 3D1, Comprimento mínimo 5D (Padrão), Capacidade (UCf) atrito da haste com o solo = Zero, ou seja, é desprezado no dimensionamento. Q = ΣQ ULT H Q ULT = Capacidade total de ancoragem das hélices Q H = Capacidade individual das hélices Q H = AH.(c.N C + q.n q) < QS ou Q H = AH.(c.N + γ.d.n ) < Q C q S A H = Área projetada da hélice γ = Peso específico do solo D = Profundidade vertical da hélice Q S = Limite superior determinado pela capacidade da hélice N q = 0,5. (12. Φ) Φ/54 Φ = 0,28.N+27,4 Φ = Ângulo de atrito interno Para solos coesivos: Q H = AH. (c. N C) = A H. (c.9) c = N/8[ksf] c = Coesão N = Número de golpes do ensaio SPT Alongamento da estaca δ δ δ total solo aço = δsolo + δaço medido através de ensaio compressão/tração P. L = A. E P = Carga atuante na direção do eixo da estaca L = Comprimento total da estaca A = Área da seção transversal da estaca 6 2 E = Módulo de elasticidade do aço (E=2,04x10 kgf/cm )

6 DIMENSIONAMENTO CARREGAMENTO Correlação entre Capacidade Suporte e Torque Os parâmetros de tensão total devem ser utilizados para aplicações de carga transitória e de curto prazo e parâmetros de tensões efetivas devem ser utilizadas para aplicações de cargas permanentes de longo prazo. Fator de segurança de 2 é tipicamente utilizado para determinar a capacidade de carga admissível do solo, especialmente se o torque é monitorado durante a instalação da estaca helicoidal. 03 Outro método bem documentado e aceito para estimar a capacidade da estaca helicoidal é por correlação com o torque de cravação. Em termos simples, a resistência à torção gerada durante a instalação da estaca helicoidal é uma medida da resistência ao cisalhamento do solo e pode estar relacionada com a capacidade de suporte da estaca. Q = K ULT tt 3x02 02 Q ULT = Capacidade Última [lb (kn)] K t = Fator de Torque Empírico [ft-1(m-1)] Valor Padrão = 10 (33) for Type SS Valor Padrão = 8 (26) for 2-7/8 Pipe Shaft Valor Padrão = 7 (23) for 3-1/2 Pipe Shaft Valor Padrão = 6-7 (20-23) for 4-1/2 Pipe Shaft Valor Padrão = 4-5 (20-23) for 6 & 8 Pipe Shaft T = Torque de Instalação [ft-lb (kn-m)] 3x01 BULBO DE PRESSÃO 01 Monitoramento da cravação da estaca helicoidal com manômetro. Como outras alternativas de fundações profundas, há muitos fatores a serem considerados ao projetar uma fundação de pilha helicoidal. A Geotechnical recomenda que o projeto de estaca helicoidal seja executado por um engenheiro geotécnico experiente ou por profissional qualificado.

7 APLICAÇÕES Fundação de terminal marítimo de passageiros e cargas. Interromper processo de recalques e reforço de fundação. Fundação para construções novas. Pavimento elevado de concreto ou madeira. Fundação para tanques de armazenamento. Ancoragem de rede adução. Fundação suporte de equipamentos industriais.

8 APLICAÇÕES Recuperação e reforço de terra armada. Fundação de residências em condomínio de mansões. Ancoragem de tubulação na zona de variação do nível de lençol freático. Contenção de muros de arrimo. Contenção de taludes. Interromper movimentação horizontal e reforço de fundação de galpões. Fundação para torres eólicas e de transmissão. Fundação suporte de equipamentos industriais.