ESTADO DE MATO GROSSO SECRETARIA DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE SINOP DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
CONCEITO Estacas são importantes e comuns elementos de fundação utilizados para transmitir as cargas atuantes na superfície a uma certa profundidade do solo. São utilizadas em obras tanto de pequeno porte (onde temos as chamadas "brocas") como as de grande porte. Diversos tipos de estacas estão presentes no sistema e dependem, basicamente, da metodologia de execução, intensidade da carga, tipo de terreno onde se localiza etc. A transição da carga do pilar às estacas é feita por blocos de fundação. Estes blocos, dependendo de suas dimensões (altura especialmente), podem ser tratados como rígidos e/ou flexíveis. 2
Estacas tipo Franki - Definição A estaca tipo Franki foi introduzida como fundação há mais de 85 anos,por Edgard Frankignoul na Bélgica. É uma estaca de concreto armado, moldada no solo, que usa um tubo de revestimento cravado dinamicamente com ponta fechada por meio de bucha, e recuperada ao ser concretada a estaca. É recomendado para o seguinte caso: 3
Estacas tipo Franki Execução 4
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Estacas tipo Strauss Definição Por se tratar de equipamento leve e econômico, constitui um tipo de estaca que reúne algumas vantagens: Ausência de trepidações e vibrações em prédios vizinhos; Facilidade de locomoção dentro da obra; Possibilidade de execução da estaca com o comprimento projetado; Possibilidade de verificar, durante a perfuração, a presença de corpos estranhos no solo, permitindo a mudança de locação antes de concretagem; Possibilidade de retirada de amostras do solo 7
Estacas tipo Strauss Definição Por se tratar de equipamento leve e econômico, constitui um tipo de estaca que reúne algumas vantagens: Possibilidade de execução de estacas próximas à divisa, diminuindo a excentricidade nos blocos; Possibilidade de execução em áreas com pé direito reduzido, diante da facilidade de adaptação do equipamento; Autonomia e facilidade de transporte. 8
Estacas tipo Strauss Execução 9
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Estacas tipo Hélice Contínua Definição É uma estaca de concreto moldada in-loco executada por meio de trado contínuo e injeção de concreto, sob pressão controlada, através da haste central do trado simultaneamente a sua retirada do terreno. As fases de execução são: Perfuração; Concretagem; Colocação da armação. 12
Estacas tipo Hélice Contínua Execução 13
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Estacas pré-moldadas Conceito Caracterizam-se por serem cravadas no terreno por percussão, prensagem ou vibração. Podem ser constituídas por um único elemento estrutural (madeira, aço, concreto armado ou protendido) ou pela associação de dois desses elementos (e não mais do que dois), sendo denominada estaca mista. 16
Estacas de madeira Conceito Sempre foram empregadas desde os primórdios da construção civil. Atualmente, diante das dificuldades para se obter madeira de boa qualidade, sua utilização é mais reduzida. Diâmetro (cm) Carga (kn) 20 150 25 200 30 300 35 400 40 500 17
Estacas metálica Conceito São constituídas por peças de aço laminado ou soldado tais como perfis de seção I e H, chapas dobradas de seção circular (tubos), quadrada e retangular bem como trilhos,geralmente reaproveitado após a remoção de linhas férreas. 18
Estacas metálica Conceito 19
Estacas de concreto Conceito De todos os materiais de construção, o concreto é um dos que melhor se presta à confecção de estacas e em particular de estacas pré-moldadas, devido ao controle de qualidade que se pode exercer tanto na confecção quanto na execução. Podem ser com seção quadrada ou circular. 20
Estacas pré-moldadas Execução As estacas pré-moldadas podem ser cravadas por prensagem, por vibração ou percussão. A cravação através de terrenos resistentes pode ser auxiliada por perfuração prévia, a seco ou com uso de lamas estabilizantes. Cravação pro prensagem macacos hidráulicos; Cravação por vibração martelo dotado de garras com cargas excêntricas que ao girarem rapidamente produzem uma vibração transmitida à estaca; Cravação por percussão pilões de queda livre (bate-estaca). ESTE É O MÉTODO MAIS UTILIZADO! 21
Estacas pré-moldadas Execução 22
Estacas pré-moldadas Execução 23
PROJETO Definido o tipo de estaca, o próximo passo é a obtenção do número de estacas por pilar que é obtido através da carga nominal, que consiste na capacidade da estaca considerando apenas o elemento estrutural. Geralmente pode ser obtida nos catálogos das empresas. Para estacas de concreto, pode-se calcular: Onde: 0,85= s adm do concreto á compressão; g f =1,40 (minoração da resistência do concreto) g c =1,70 (majoração da carga) 24
PROJETO Para calcular o n e, consideram-se duas hipóteses: 1) Centro de carga do pilar (CG pilar ) coincide com o centro de gravidade do estaqueamento (CG est. ). Equação 1 Onde: P total é a carga vertical total (pilar +peso do bloco), de maneira que o peso do bloco equivale a aproximadamente 5% a 10% da carga do pilar. 25
PROJETO 2) Pilares com carga vertical e momentos (CG pilar não coincide com CG est. ) a) Arbitrar um número n inicial de estacas; b) Calcular a carga por estaca; c) Verificar se a carga na estaca mais carregada não supera. 26
EXEMPLOS Exemplo 1: 27
EXEMPLOS Exemplo 2: 28
EXEMPLOS Exemplo 2: Equação 2 Onde: P i = carga da estaca; x i e y i = coordenadas das estacas M Rx e M Ry = momentos resultantes ao longo dos eixos x e y; Os sinais de positivo (+) e negativo (-) dependem se a estaca está sendo comprimida (+) ou tracionada (-). 29
EXEMPLOS Exemplo 2: De posse da carga aplicada pelo pilar, e as excentricidades, podemos calcular os momentos resultantes em cada uma das estacas. Para calcular a primeira parte da Equação 2, basta dividir a carga total do pilar(p total ) pelo número total de estacas (n e ). 30
EXEMPLOS Exemplo 2: Agora,para facilitar a visualização dos cálculos, monta-se uma tabela como a apresentada abaixo,alimentando com as coordenadas de cada uma das estacas para obter Ʃx² e Ʃy², definir os sinais da segunda e terceira partes da Equação 2, e por fim calcular a carga em cada estaca (P i ): ESTACA COORDENADAS 31
EXEMPLOS ESTACA COORDENADAS x i y i E1 1,50 1,00 333,33-63,15 +125,00 395,18 E2 1,50 1,00 333,33 +63,15 +125,00 521,48 E3 0,50 0,00 333,33-21,05 0,00 312,28 E4 0,50 0,00 333,33 +21,05 0,00 354,38 E5 1,50 1,00 333,33-63,15-125,00 145,18 E6 1,50 1,00 333,33 +63,15-125,00 271,48 9,50 4,00 Ʃx² Ʃy² 32
EXEMPLOS Exemplo 2: Supondo o exemplo anterior, em que,nota-se que a maior carga (E2=541,48kN) não ultrapassa. Logo, n e =6 estacas seria o suficiente para esse caso. Se o resultado fosse negativo, deve-se realizar outras tentativas com mais estacas. Para esse caso, se for do desejo do projetista, pode-se fazer uma nova tentativa com um menor número de estacas. 33
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