Geotecnia de Fundações TC 041 Curso de Engenharia Civil 8º Semestre Vítor Pereira Faro vpfaro@ufpr.br Roberta Bomfim Boszczowski roberta.bomfim@ufpr.br Setembro 2016 Tem sido usual a aplicação da teoria do Choque no monitoramento do estaqueamento. 1
Wr h s Wp R rup Bate estaca com Martelo de Gravidade 2
Martelo de Gravidade Martelo de Gravidade 3
Bate estaca com Martelo Hidráulico Martelo Hidráulico - Junttan 4
Bate estaca com martelo Hidráulico Martelo Hidráulico 5
W r h = R rup S + C W r h = Energia do Golpe R rup S + C = Trabalho gasto na cravação Onde: W r = Peso do Martelo; h = Altura de queda do martelo; S = nega penetração da estaca no terreno pela ação de um golpe; R rup = Resist6encia oferecida pelo terreno à cravação; C = Soma das perdas de energia durante a cravação. Formula de Hilley Chellis recomenda seu uso para W r > W p R rup s 1 2 ef W r h 2 Wr e W W W C C C r p 1 2 3 p 6
Formula de Hilley Onde: R rup = Capacidade de carga dinâmica (t) W r = peso do martelo (t) W p = Peso da estaca (t) s = nega (mm) por golpe (valor médio para os últimos 5 golpes do martelo de gravidade e 20 golpes para os outros tipos de martelo; h = altura de queda do martelo (mm) ef = eficiência do golpe; 0,75 martelo de gravidade; 1,00 martelo diesel Formula de Hilley e = coeficiente de restituição Estacas de aço 0,55 sem capacete 0,32 com capacete Estacas de concreto 0,40 sem capacete 0,25 com capacete 7
Formula de Hilley C 1 = perdas deviso a compressão temporária da cabeça da estaca e do capacete (mm) C 1 = a(r rup /Sc) a = 0 estaca sem capacete a = 28,09186 estacas de aço com capacete de madeira a = 18,07527 estacas de concreto com capacete de madeira Sc = área da seção do capacete (cm2) Formula de Hilley C 2 = perda devido ao encurtamento temporário da C 2 = b(rrup / Se) L b = 0,474093 estaca de aço b = 4,740784 estaca de concreto estaca (mm) Se = área da seção da estaca L = comprimento da estaca entre a cabeça de bater e centro de reação da do solo L = l (m) l = comprimento da estaca = 1 para estaca de ponta = 0,7 para estaca flutuante 8
Formula de Hilley C 3 = perda devido a compressão temporária do solo; C = C 1 + C 2 + C 3 pode ser obtido no canteiro de obras para martelo de gravidade. H(mm) h3 h2 h1 C S1 S2 S3 S(mm/golpe) Formula de Hilley C 2 + C 3 também pode ser determinada no canteiro de obras para martelo de gravidade e martelo diesel mantendo-se a altura de queda constante. (E=W r h = Constante). 9
Determinação de C 2 + C 3 Estaca Estaca Papel Direção de deslocamento do lápis Lápis K=C 2 +C 3 Altura de queda crescente s s s A figura apresenta uma seqüência de sinais obtidos durante a execução de um ensaio com alturas de queda crescente, em que se nota, a partir do terceiro sinal, a constância das deformações (K) (as deformações elásticas chegaram ao seu valor máximo) e o aumento dos deslocamentos permanentes (s). Este comportamento caracteriza a ocorrência de ruptura geotécnica. 10
Altura de queda crescente K Nesta figura verifica-se que os deslocamentos permanentes (s) permanecem constantes e o valor das deformações elásticas (K) aumentam. Este caso caracteriza a ruptura estrutural do elemento (estaca). Altura de queda constante H = 40cm Martelo 3,5t C 2 +C 3 =10,8mm S=2,4mm 11
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Engineering News R rup Wr h s C C = 2,540 (mm) Martelo de gravidade C = 0,254 (mm) Martelo a vapor Fator de segurança 6 Fórmula dos Holandeses R rup W r h s W Wr W Fator de segurança 10 martelo de gravidade Fator de segurança 6 martelo a vapor r p 13
14 Fórmula de Brix Fator de segurança 5 2 p r p r r rup W W W W s h W R Fórmula de Janbu 2 3 3 2 1.. 1 1 2 2. C s A E L E C s E Ru ef ef
Fórmula de Janbu Onde: Ru = resistência máxima mobilizada; E ef = Energia efetivamente transferida à estaca (W.h.ef); L = comprimento da estaca; A = área da seção da estaca; E = módulo de elasticidade da estaca; s = nega; C 3 = deformação elástica do solo; W = peso do martelo; h = altura de queda do martelo ef = eficiência do golpe; Fórmula de Janbu; Tipo de solo Fator Areia 1,00 1,15 Areia Siltosa 1,15 1,25 Silte Aremoso 1,20 1,45 Argila Siltosa 1,40 1,70 Argila 1,70 2,10 15
Formula de Janbu = função do comprimento da estaca e da resistência do solo na ponta da estaca; Para L < 10m, estaca curta e resistência alta na ponta do solo próximo da unidade, para resistência baixa fica em torno de 0,7; Para estacas longas L > 10m o valor de pode variar entre 0,5 e 1,0, dependendo da resistência mobilizada. OBS: Verifica-se que em solos permeáveis e não saturados R rup não difere muito da carga de ruptura de uma estaca. Para solos argilosos e saturados isso não ocorre. A utilização da formula dinâmica é recomendável para um controle mais adequado do estaqueamento. 16
Principais vantagens formulas dinâmicas: Simplicidade; Todas as estacas da obra podem ter medições de nega e registros de cravação; Úteis para implantar um estaqueamento homogêneo. Principais críticas às formulas dinâmicas: Essas formulas foram baseadas na Teoria do choque de corpos rígidos, formulada por Newton e não de corpos elásticos; A resistência mobilizada pelos golpes do pilão nem sempre é suficiente para despertar a resistência máxima disponível que o solo pode oferecer; Existem fatores pouco conhecidos envolvendo o fenômeno, tais como energia real aplicada a estaca, influência do coxim de madeira e do cepo instalados no capacete. 17
Principais críticas às formulas dinâmicas: Eficiência do martelo varia; Medidas de nega são imprecisas; Aplicam-se apenas no final da cravação (a resistência do solo varia com o tempo). Exercício: Determinar a capacidade de carga admissível de uma estaca concreto pré-moldada de 12m, de 25 cm de lado, cravada com um martelo de 2500kg, caindo de uma altura de 0,40m e apresentando uma nega de 1mm. 18