Geotecnia de Fundações TC 041 Curso de Engenharia Civil 8º Semestre Vítor Pereira Faro vpfaro@ufpr.br Agosto 2018 ESTACA CRAVADA x ESCAVADA 1
Cravação A cravação de estacas provoca: Compactação; Fratura de grãos; Alteração do estado de tensões no solo; Aumento da poropressão; Excesso de ruídos e vibrações. Cravação Efeito em solo arenoso: Efeito em solo argiloso: 2
Escavação A escavação do solo provoca: Amolgamento do solo ao redor; Possibilita averiguar a estratigrafia; Cuidados no processo executivo (ferragem e concretagem); Nem sempre é possível garantir carga de ponta; Descompressão do solo. Escavação A escavação do solo pode ocasionar descompressão do terreno 3
MECANISMOS DE TRANSFERÊNCIA DE CARGA Transferência de carga em estacas Podem trabalhar por: Ponta; Atrito + ponta; Atrito; 4
Transferência de carga em estacas Estaca longa e delgada Estaca curta e robusta Transferência de carga em estacas As solicitações impostas pela estrutura são transferidas para o maciço através de um sistema hiperestático; Transferência é função das diferenças de rigidez entre o material da estaca e os estratos do maciço de solos; Para a mobilização da resistência de ponta é necessário que o atrito lateral tenha sido mobilizado, uma vez que isso ocorre para pequenos deslocamentos, ao contrário da resistência de ponta. 5
Transferência de carga em estacas A transferência não se dá unicamente na interface estaca-solo, mas ao longo de um volume de solo, devido à continuidade do meio, com deslocamentos inversamente proporcionais à distância da interface, até uma superfície tida como indeslocável Transferência de carga em estacas A resistência de ponta deve ser analisada para cada tipo de estaca; Em estacas escavadas, no geral, não é possível garantir a qualidade da ponta devido ao amolgamento do solo na base da escavação; A resistência de ponta fica reduzida e, portanto, é necessário ter cautela ao considerar esse valor na capacidade de carga da estaca. 6
Transferência de carga em estacas Métodos para o estudo da transferência de carga: Método das curvas de transferência; Métodos baseados na teoria da elasticidade; Métodos numéricos; Instrumentação em provas de carga em estacas; Exemplo de instrumentação em provas de carga NIENOV, 2016. Estacas ET4 (polímero) e ET5 (bentonita) 7
Exemplo de instrumentação em provas de carga NIENOV, 2016. Estacas ET4 (polímero) e ET5 (bentonita) TUBULÃO 8
A imagem não pode ser exibida. Talvez o computador não tenha memória suficiente para abrir a imagem ou talvez ela esteja corrompida. Reinicie o computador e abra o arquivo novamente. Se ainda assim aparecer o x vermelho, poderá ser necessário excluir a imagem e inseri-la novamente. 22/08/2018 Definição e características gerais São fundações de transferência de carga direta; Assentes em profundidade: > 3 m; >2 B. Descida de operário; Base alargada: opcional Ângulo de 60. Diâmetro mínimo do fuste: 80cm. Método construtivo (a céu aberto) Norma de segurança em escavações/nr 18, itens 18.6 e 18.20; Anexo J NBR 6122/2010: Escavação manual ou mecânica do fuste; Conferir prumo e forma do fuste durante a escavação ; Alargamento da base: Manual; Mecânica. Descida de poceiro para retirada de material solto; Descida de engenheiro para confirmar a capacidade de carga antes de concretagem; 9
Método construtivo (a céu aberto) Alargamento da base: Manual; Mecânica. Método construtivo (a céu aberto) Concretagem a seco logo após o término da escavação; Colocação da armadura; Concreto simples usando tremonha; Não é necessário utilizar o vibrador; Iniciar a execução de tubulões mais profundos primeiro; Trabalho simultâneo: distância mínima. 10
Método construtivo (ar comprimido) NR 18/NR 15; Escavação Manual: Os trechos de revestimento descem junto com a escavação; Espessura da parede do revestimento: 20 cm; Escavação Mecânica: Uso de revestimento metálico; Mantém-se a água no interior do tubulão; Quando atingir a profundidade, instala-se a campânula. Método construtivo (ar comprimido) Dimensionamento da camisa: Seguir NBR 6118 e 8800, considerando 1,5 x pressão de trabalho; gf=1,4, gc=1,4, gs=1,15; Espessura de sacrifício. Concretagem: Até chegar o N.A. é feita a ar comprimido; O revestimento pode ser recuperado nesse momento. 11
Ligação com o bloco de fundação Tubulões sem fluido estabilizante: Concretar até 20 cm acima. Tubulões com fluido estabilizante: Concretar até 50 cm acima (recomenda-se 80 cm). Ligação com o bloco de fundação Demolição: Martelos rompedores leves, ponteiros e marretas. Deixar 5 cm acima da base do bloco; Casos especiais: Topo do tubulão muito acima ou muito abaixo da cota de arrasamento. 12
Especificação de materiais Concreto: Consumo de cimento mínimo: 300 kg/m³; Abatimento de 8 a 12 cm; Dmax: 25 mm (brita 2); fck 20MPa; Verificar integridade por meio de escavação (um por obra). Aço: Seguir especificação do projeto estrutural (NBR 6118 e NBR 8800); Deixar aberturas de 30 x 30 cm na armadura. Fundações moldadas in loco Deve-se multiplicar o fck por 0,85 para considerar a diferença entre os ensaios laboratoriais e o concreto moldado in loco. 13
RECALQUES Tolerância a recalques ELU X ELS 14
Tolerância a recalques Com base em observações de cerca de uma centena de edifícios, Skempton & MacDonald (1956), associaram a ocorrência de danos com valores limite para distorção angular δ/l, em que δ é o recalque diferencial entre dois pilares eladistância entre eles. Segundo Skempton & MacDonald (1956): δ/l = 1:300 trincas em paredes de edifícios; δ/l = 1:150 danos estruturais em vigas e colunas de edifícios correntes. Bjerrum (1963) e Vargas e Silva apresenta uma relação mais completa. Tolerância a recalques 1/100 1/200 1/300 1/400 1/500 1/600 1/700 1/800 1/900 1/1000 δ/l Limite a partir do qual são temidas dificuldades com máquinas sensíveis a recalques. Limite de perigo para pórticos com contraventamento. Edifícios estreitos: não são produzidos danosou inclinações. Limite de segurança para edifícios em que não são admitidas fissuras. Edifícios largos: não são produzidos danos ou inclinações. Edifícios largos (B>15m) fissuras na alvenaria Edifícios estreitos (B<15m) fissuras na alvenaria Limite em que são esperadas dificuldades com pontes rolantes. Limite em que são esperadas as primeiras fissuras em paredes divisórias. Edifícos estreitos: fissuras na estrutura e pequenas inclinações. Limite em que o desaprumo de edifícios altos e rígidos se torna visível. Edifícios estreitos: fissuras na estrutura, inclinação notável, necessidae de reforço. Edifícios Largos: fissuras graves, pequenas inclinações. Limite de segurança para paredes Flexíveis de alvenaria (h/l <1/4). Limite em que são temidos danos estruturais nos edifícios em geral. Edifícios largos: fissuras na estrutura, inclinação notável, necessidade de reforço. Bjerrum Vargas e Silva 15
Cálculo Método de Poulos e Davis (1980) Estaca flutuante: ρ = P I E d s h L P d E s = Módulo de elasticidade do solo ρ = recalque; νs = Coef. Poisson P = carga na estaca; Camada rígida E s = Módulo de elasticidade do solo (média ponderada ao longo do fuste da estaca); d = Diâmetro do fuste da estaca; I = I o R k R h R ν. 16
Estaca de ponta: ρ = P I E d s Método de Poulos e Davis (1980) ρ = recalque; Camada rígida E P = carga na estaca; b = Módulo de elasticidade do solo ν b = Coef. Poisson E s = Módulo de elasticidade do solo (média ponderada ao longo do fuste da estaca); d = Diâmetro do fuste da estaca; I = I o R k R b R ν. h L P d E s = Módulo de elasticidade do solo νs = Coef. Poisson Método de Poulos e Davis (1980) I 0 = fator de influência para uma estaca; R k = fator de correção pela compressibilidade real; R h = fator de correção em uma camada finita de solo; R b = fator de correção para a ponta em solo mais rígido, sendo E b o módulo de Young do solo sob a base; R ν = fator de correção devido ao ν real. 17
Método de Poulos e Davis (1980) Db = diâmetro da base; ν s = coeficiente de Poisson do solo; K = (E p Ra)/E s : E p = módulo de elasticidade da estaca: E p concreto = 21000 a 28000 MPa; E p aço = 205000 MPa; E p madeira = 13600 MPa (eucalipto). E s = módulo de elasticidade do solo; Ra = Ap material / Ap seção (para estaca maciça Ra =1). Gráfico I o x L/d 18
Gráfico Rh x h/l Gráfico Rv x νs 19
Gráfico Rk x K Gráfico Rb x Eb/Es 20
Gráfico Rb x Eb/Es Exercício Estimar o recalque da estaca 300 kn 0,3 x 0,3 0,00 N = 4 N = 8 N = 12 N > 50 Silte Argiloso Silte Argiloso Silte Arenoso 6,00 10,00 15,00 21
Exercício Estimar o recalque da estaca 300 kn 0,3 x 0,3 0,00 N = 4 N = 8 N > 50 Silte Argiloso Silte Argiloso 6,00 10,00 ESTACAS INCLINADAS 22
Conceito São estacas executadas fora de seu eixo vertical, podendo ter diferentes ângulos em relação a horizontal. Em estacas sujeitas à carregamentos laterais se utilizam estacas inclinadas, as quais possuem o inconveniente de serem de difícil execução ou estacas verticais que absorvam esforços de flexo-compressão e/ou flexo-tração. Conceito A inclinação máxima possível dessas estacas depende do equipamento de cravação a ser utilizado, podendo atingir até 45º. As estacas escavadas do tipo hélice-contínua, trado rotativo, Franki e raiz são as que possibilitam execução de estacas inclinadas. Em relação às estacas cravadas, todas possibilitam a inclinação, basta ter o equipamento correto. 23
Aplicação Exemplos: Fundações de portos, pontes, piers por sofrerem impacto pela atracação e amarração de grandes navios e das ondas; Estruturas que sofrem terremotos (comum no Japão e Califórnia); Estrutura off-shore pela ação das ondas ou do vento; Estacas tracionadas como ocorre em aerogeradores, torres de transmissão de energia e de telefonia celular, que possuem superestruturas nas quais a ação de ventos é significativa; Trapiche em Penha (SC). Pier de Ipanema (RJ). Aplicação Exemplos: Nas extremidades do aterro para prevenir os deslocamentos laterais; Para terrenos com mais de 10% de declividade algumas estacas deverão ser inclinadas para segurar a casa contra o escorregamento; Junto com a parede de estaca prancha simples. Normalmente, os cavaletes são usados em regiões de solos com baixa capacidade resistente onde seriam necessários grandes comprimentos de ancoragem dos tirantes; Fundação do muro de arrimo devido aos esforços transversais existentes no subsolo; 24
Aplicação Exemplos: Nas extremidades do aterro para prevenir os deslocamentos laterais; Para terrenos com mais de 10% de declividade algumas estacas deverão ser inclinadas para segurar a casa contra o escorregamento; Junto com a parede de estaca prancha simples. Normalmente, os cavaletes são usados em regiões de solos com baixa capacidade resistente onde seriam necessários grandes comprimentos de ancoragem dos tirantes; Fundação do muro de arrimo devido aos esforços transversais existentes no subsolo; Aplicação Exemplos: Nas extremidades do aterro para prevenir os deslocamentos laterais; Para terrenos com mais de 10% de declividade algumas estacas deverão ser inclinadas para segurar a casa contra o escorregamento; Junto com a parede de estaca prancha simples. Normalmente, os cavaletes são usados em regiões de solos com baixa capacidade resistente onde seriam necessários grandes comprimentos de ancoragem dos tirantes; Fundação do muro de arrimo devido aos esforços transversais existentes no subsolo; Paredes de estaca prancha simples (AGERSCHOU, 1983). Paredes de estaca prancha com plataforma de alívio (AGERSCHOU, 1983). 25
Aplicação Exemplos: Nas extremidades do aterro para prevenir os deslocamentos laterais; Para terrenos com mais de 10% de declividade algumas estacas deverão ser inclinadas para segurar a casa contra o escorregamento; Junto com a parede de estaca prancha simples. Normalmente, os cavaletes são usados em regiões de solos com baixa capacidade resistente onde seriam necessários grandes comprimentos de ancoragem dos tirantes; Fundação do muro de arrimo devido aos esforços transversais existentes no subsolo; Vantagens e Desvantagens Vantagens Redução esforços horizontais; Redução do deslocamento do bloco; Redução do efeito de bloco em grupos de estacas; Desvantagens Dificuldade de execução, especialmente na presença de água; 26