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ESTACAS ESCAVADAS DE ESTACAS ESCAVADAS DE GRANDE DIÂMETRO, GRANDE DIÂMETRO,

ESTACAS-BARRETE E ESTACAS-BARRETE E ESTACAS - RAIZESTACAS - RAIZ

Engº Frederico FalconiMSc. Engª Marianna Silva Dias

- O QUE É FUNDAÇÃO?São elementos estruturais cuja função é transmitir para o terreno, as ações atuantes na estrutura. Uma fundação deve transferir e distribuir seguramente as ações da superestrutura ao solo, de modo que não cause recalques prejudiciais ao sistema estrutural, ou ruptura do solo

Natureza e características do solo no local da obra

Posicionamento do lençol freático

Disposição, grandeza e natureza das cargas a serem transferidas ao subsolo

Limitações dos tipos de fundações existentes no mercado e as restrições técnicas impostas a cada tipo de fundaçãoOrçamento completo (material, mão-de-obra, transporte) das soluções possíveis

A escolha do tipo de fundação deve considerar aspectos que vão desde a natureza do solos até o orçamento completo da obra. Deverão ser conhecidos pelo menos:

INTRODUÇÃO

DEFINIÇÕES E CARACTERÍSTICAS

ESTACAS ESCAVADAS DE GRANDE DIÂMETRO E BARRETE

Essas estacas são executadas geralmente quando se tem cargas elevadas e condições adversas do subsolo que tornam difícil e/ou antieconômico o o uso de outros tipos de fundação.

Trata- se de estacas moldadas in loco com uso de fluido estabilizante (lama bentonítica ou polímero) cuja função é estabilizar as paredes das escavações, garantir a boa qualidade das peças executadas por concretagem submersa e manter resíduos da escavação em suspensão, evitando sua deposição no fundo da escavação. Esse tipo de estaca não causa vibração, porém necessita de área relativamente grande para a instalação dos equipamentos e acessórios necessários à sua execução.

Recentemente, devido a degradação ambiental, procura-se desenvolver a utilização de polímeros para substituição total ou parcial da lama bentonítica.

Limites para as Características da Lama Bentonítica nas Estacas Escavadas:

• Viscosidade 30 a 90 seg – Funil de Marsh• Densidade 1,025 a 1,10 g/cm³ - Balança de lama

• pH 7 a 11 – Papel pH• Teor de areia < 3% - Baroid Sand Content

Características Concreto nas Estacas Escavadas:

• Consumo mínimo de cimento = 400kg/m³• fck > 20 MPa

• Abatimento (“Slump-test”) 22 + 3cm

• Fator água/cimento = 0,6

• Diâmetro máximo do agregado não superior a 10% do diâmetro interno do tubo tremonha. Recentemente estabeleceu-se pedra 1, com dimensão máxima característica 19mm.

Procedimento em solo

42,0m de armação

Exemplo obra

Perfuração em solo e rocha alterada

CASOS DE OBRA

ESTACÃO EM ROCHA ALTERADA

CASOS DE OBRA

TESTEMUNHO DE SONDAGEM ROCHA ALTERADA

CASOS DE OBRA

CASOS DE OBRAESTACÃO EM ROCHA ALTERADA

CASOS DE OBRA

CASOS DE OBRAESTACÃO EM ROCHA ALTERADA

CASOS DE OBRABoletim de concretagem

CASOS DE OBRAESTACÃO EM ROCHA SÃ

CASOS DE OBRA

ESTACÃO EM ROCHA SÃ

TESTEMUNHO DE SONDAGEM - ROCHA SÃ

CASOS DE OBRA

ESTACAS BARRETE

EQUIPAMENTO - PERFURAÇÃO EM SOLO

ESTACAS BARRETEEQUIPAMENTOPERFURAÇÃO EM SOLO

EQUIPAMENTO - PERFURAÇÃO EM ROCHA

ESTACAS BARRETE

COMPOSIÇÕES DE ESTACAS BARRETE

ESTACAS BARRETE

CAPACIDADE DE CARGA DOS SOLOS

σr é a tensão que aplicada ao solo mediante o carregamento de uma placa, causa ruptura do mesmo. A tensão admissível é dada por:

adm = r/n, onde “n” = fator de segurança, geralmente 2 a 3

A tensão admissível no solo pode ser determinada por:

Fórmulas teóricas

Provas de carga

Experiência Acumulada

Fórmulas empíricas (Correlações SPT , CPT e outros)

CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS ISOLADAS

As estacas usuais podem ser classificadas em duas categorias:

Qr = Qs + Qp Para carga admissível (QAD) acrescentar o fator de segurança

Estacas escavadas. São aquelas executadas “in situ” através da perfuração do terreno com remoção de material com ou sem revestimento, com ou sem a utilização de fluído estabilizante. Ex: strauss, barretes, estacões, estacas escavadas com trado espiral de pequeno diâmetro, etc

Estacas de deslocamento – são aquelas introduzidas no terreno através de algum processo que desloca lateralmente e não retire o solo, por ex. pré moldadas, metálicas, Franki, ômega,

Uma estaca submetida a um carregamento vertical irá resistira a essa solicitação parcialmente pela resistência ao cisalhamento gerada o longo de seu fuste e parcialmente pelas tensões normais geradas ao nível de sua ponta. Ou seja, a capacidade de carga de uma estaca (Qr) é definida como:

O dimensionamento de fundações depende não só das propriedades do solo, como também das características da estaca. Então a capacidade de carga de uma estaca será :

Qr = qp.Ap + qs.As

Existem diversos métodos para se determinar a capacidade de carga de estacas. No Brasil, os mais utilizados são Aoki e Veloso (1975) e Décourt e Quaresma (1978).

Importante ressaltar que raramente os autores definem claramente o que entendem por ruptura. Para estacas escavadas a ruptura física jamais ocorre. A ruptura considerada é a convencional, ou seja, a carga correspondente a um deslocamento do topo da estaca de 10% de seu diâmetro para argilas e 30% de seu diâmetro para solos granulares

Na ausência de alguma citação específica admitiremos por ruptura, sempre a convencional

Aoki e Velloso

Para Aoki e Velloso,1975, tanto a resistência de ponta (qp) quanto o atrito lateral (qs) são avaliados em função da tensão de ponta (qc) do ensaio de penetração do cone (CPT)Para se levar em conta as diferenças entre a estaca e o cone foram definidos os coeficientes F1 e F2 onde:

qp= qc/F1 qs= qc/F2

O coeficiente estabelecido por Begemann (1965), foi criado para correlacionar o atrito local do cone com a tensão de ponta qc. Portanto teremos:

Os valores padrão de F1 e F2 são:

F1 = 1,75 F2 = 3,5

qs= qc/3,5qp= qc/1,75

Aoki e Velloso

Na ausência de ensaio CPT, são utilizados os valores de NSPT de acordo com a seguinte correlação: qc= K*N

Décourt e Quaresma

Décourt e Quaresma desenvolveram um método de capacidade de carga com base nos valores de N SPTOriginalmente o método foi desenvolvido para estacas de deslocamento, alguns estudos tentaram adequar o método a outros tipos de estacas e também ao ensaio SPT-T

A tensão de ruptura de ponta é dada por :

qp = K*N

O atrito lateral unitário é dado por:

qs = N/3 +1

N = ao número de golpes médio junto a ponta

N = ao número de golpes médio ao longo do fuste

Onde K, é função do tipo de solo, Tabela abaixo

N = Nspt ou N = T(kgf.m)/1,2 (para ensaio SPT-T)

QAD = qs/1,3 + qp/4

Importante:Qualquer que seja o método utilizado para o dimensionamento da estaca padrão, é recomendável que para outros tipos de estacas sejam considerados os coeficientes e .

Os coeficientes e são coeficientes de majoração ou minoração para a reação de ponta de ponta (qp) e atrito lateral unitário (qs), respectivamente. Esses coeficientes permitem estender os cálculos efetuados para a estaca padrão para outros tipos de estaca.

Por exemplo para o método de Décourt teríamos:

Qr = qp.Ap + qs.As

Os diversos valores de e sugeridos para os diversos tipos de estacas estão apresentados nas tabelas a seguir

Valores de em função do tipo de estaca e do tipo de solo

EXEMPLO - OBRA ESTACÃO

Parte 1

EXEMPLO – OBRA ESTACÃO

Parte 2

Parte 3

Parte 4

80cm p/ 250tf 140cm p/ 769tf

626/1,3+1847/4 = 943tf

2558/2 = 1276tf

516,4/2 = 258,2tf

290/1,3+133/4 = 256tf

EXERCÍCIO RESOLVIDODeterminar o comprimento mínimo de uma estaca escavada pelos métodos de Decourt e Quaresma e Aoki e Velloso, para o perfil abaixo, dados:

Estaca circular 80cmCapacidade de carga estrutural da estaca = 250tf

EXERCÍCIO RESOLVIDOSoluçãoDecourt e Quaresma

Parcela atrito lateral Qs:N1 = (3+5+3+3+3)/5 = 3,4q1 = (3,4/3) + 1 = 2,13

Lembrando que: Qr = Qs + Qp = .qs.As + .qp.Ap

Qs1 = 0,9 x 2,13 x (3,14 x 0,8) x 5,52 = 26,6tf

Parcela ponta Qp:N = (60+49+60) / 3 = 56,3

Qp = 0,6x(3,14x0,82/4) x 56,3 x 25 = 424 tf

QAD = 225,2/1,3 + 424/4 = 279tf

P/ Décourt comp. mínimo = 16,0m

N2 = 15q 2= (15/3) + 1 = 6Qs2 = 0,6 x 6 x (3,14 x 0,8) x 1,39 = 12,6tf

N3 = (7+13+14+19+23+45+31+35+49+60) / 10 = 29,6q 3= (29,5/3) + 1 = 10,86Qs3 = 0,75 x 10,86 x (3,14 x 0,8) x 9,09 = 186tf

Qsf = 26,6 + 12,6 + 186 = 225,2tf

SoluçãoAoki e Velloso

Parcela atrito lateral Qs: ( x K x N x As)/F2

N1 = (3+5+2+1+2)/5 = 2,6

Qs1 = (0,03 x 33 x 2,6 x (3,14 x 0,8) x 5,52) / 6,0 = 5,94tf

Lembrando que: Qr = Qs + Qp = qs.As + qp.Ap

N2 = 15Qs2 = (0,028 x 50 x 15 x (3,14 x 0,8) x 1,39) / 6,0 = 12,22tf

N3 = (7+13+14+19+23+45+31+35+49+60)/10 = 29,6Qs3 = (0,028 x 45 x 29,6 x (3,14 x 0,8 ) x 9,09 ) / 6,0 = 141,93tf

Qsf = 5,94 + 12,22 + 141,93 = 160,10 tf

Parcela ponta Qp: ( K x N )/F1

Qp = (45 x 60) x (3,14x0,82/4) / 3,0 = 452,16tf

QAD =(160,10 + 452,16)/2 = 306,12 tf

EXERCÍCIO RESOLVIDO

P/ Aoki comp. Mínimo = 16m

EXERCÍCIO P/ RESOLVERPara o perfil geotécnico abaixo, determinar a carga de uma estaca escavada circular Ø= 80 cm aos 21 m de profundidade. Utilizar os métodos de Decourt e Quaresma e Aoki e Velloso

SoluçãoDecourt e Quaresma

Parcela atrito lateral Qs:N1 = (3+3+3+5)/4 =3,5q1 = (3,5/3) + 1 = 2,16

Lembrando que: Qr = Qs + Qp = .qs.As + .qp.Ap

Qs1 = 0,9 x 2,16 x (3,14 x 0,8) x 4,80 = 23,43tf

Parcela ponta Qp:N = 0,5 x 40 x( (23+30+60) / 3) x (3,14x0,82/4 = 378,5tf

QAD = 226,95/1,3 + 378,5/4 = 269,2tf

N2 = 3q 2= (3/3) + 1 = 2,0Qs2 = 0,6 x 2,0 x (3,14 x 0,8) x 1,2 = 3,61tf

N3 = 6q 3= (6/3) + 1 = 3Qs3 = 0,9 x 3 x (3,14 x 0,8) x 0,9 = 6,10tf

Qsf = 23,43 + 3,61 + 6,10 + 193,8 = 226,95tf

EXERCÍCIO P/ RESOLVER

N4 = (20+22+22+18+16+17+31+32+36+24+26+33+16+23+30)/15 = 24,4q 3= (24,4/3) + 1 = 9,12Qs3 = 0,6 x 9,12x (3,14 x 0,8) x 14,1 = 193,81tf

SoluçãoAoki e Veloso

Parcela atrito lateral Qs: ( x K x N x As)/6,0

N1 = (1+1+2+5)/4 = 2,25

Qs1 = (0,03 x 33 x 2,25 x (3,14 x 0,8) x 4,8) / 6,0 = 4,47tf

Lembrando que: Qr = Qs + Qp = qs.As + qp.Ap

N2 = 2Qs2 = (0,028 x 50 x 2 x (2 x 3,14 x 0,4) x 1,2) / 6,0 = 1,40tf

N3 = 6Qs3 = (0,03 x 33 x 6 x (3,14 x 0,8) x 0,9) / 6,0 = 2,23tf

Parcela ponta Qp: ( K x N )/3,0

N4 = (20+22+22+18+16+17+31+32+36+24+26+33+16+23+30)/15 = 24,4

Qs3 = (0,028 x 50 x 24,4 x (3,14 x 0,8) x 14,1) / 6 = 201,65tf

Qsf = 4,47 + 1,40 + 2,23 + 201,65 = 209,75tf

Qp = (50 x 30) / 3,0 x (3,14x0,82/4) = 250tf

QAD =( 209,75 + 250)/2 = 230tf

CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS ISOLADAS EM ROCHA

ESTACAS-RAIZ

DEFINIÇÕES E PROPRIEDADES

As estacas-raiz tem a grande vantagem de atravessar qualquer tipo de terreno inclusive rocha, matacão, concreto armado e alvenaria. Não causam vibração nem descompressão no terreno

Se constatada a presença de rocha na ponta , pode ser empregada também como estaca com resistência de ponta. Em ambos os casos, o cálculo de uma fundação em estacas-raiz é semelhante ao método clássico utilizado em outros tipos de estacas e baseia-se na capacidade de carga da mesma isoladamente.

Estaca-raiz é uma estaca escavada moldada "in-loco", injetada com argamassa e considerada de pequeno diâmetro, entre 100mm e 450mm, elevada capacidade de carga baseada essencialmente na resistência por atrito lateral do terreno.

Indicada para grande variedade de situações como locais de difícil acesso, subsolo com presença de matacões, reforço de fundações existentes entre outros.

1. Perfuração: é realizada por rotação de tubos auxiliada por cirulação de água. Na extremidade do tubo é acoplada uma coroa de perfuração adequada às características geológicas da obra.

ESTACAS RAIZPROCEDIMENTO

ESTACAS RAIZ

ESTACAS RAIZSe necessário atravessar camadas de concreto, matacões ou rocha, utiliza-se martelo de fundo com “bits”, acoplado a hastes com diâmetro inferior ao diâmetro interno do tubo de revestimento

2. Instalação da armação: após a perfuração, continua-se com a injeção de água sem avançar a perfuração, para limpeza do furo. A seguir instala –se a armadura constante ou variável, ao longo do fuste

ESTACAS RAIZ

PROCEDIMENTO

3. Preenchimento com argamassa: A injeção de argamassa é efetuada sob pressão Inicialmente, coloca-se o tubo de injeção até o fundo da perfuração lançando a argamassa de baixo para cima até que a argamassa atravesse pela boca do tubo de revestimento, garantido que a água ou lama seja substituída pela argamassa

ESTACAS RAIZ

PROCEDIMENTO

Tubo de injeção

ESTACAS RAIZ

ESTACAS RAIZSONDAGEM – NECESSIDADE DE ESTACA RAIZ

parte 1

Parte 2

Parte 3

Matacão

David Cabral – estaca raizO método de David Cabral é utilizado na previsão de capacidade de carga de estacas raiz, pois leva em conta a pressão de injeção da nata de cimento durante o processo de execução, ele considera também a variação das camadas atravessadas pela a estaca.A tensão de ruptura de ponta é dada por :

O atrito lateral unitário é dado por:

qp = 0 x 2 x Nspt x Ap = b x ApSendo que : b = 0 x 2 x Nspt < 5MPa ou 50kgf/cm2

ql = 0 x 1 x Nspt x Al = a x Al

Sendo que : a = 0 x 1 x Nspt < 0,2MPa ou 2,0kgf/cm2

0 = 1 + 0,10 – 0,01D

Qr = ql + qp

A carga resistida na ponta é dada por:

David Cabral – estacas raiz

Onde:1 e 2 = coeficientes em função do tipo de soloD = diâmetro final da estacaAl = área lateralAp = área de ponta = Pressão de injeção, normalmente varia de 1 a 4 kgf/cm2

Valores de 0 Coeficientes 1 e 2

EXERCÍCIO RESOLVIDODeterminar a capacidade de carga para uma estaca raiz 410mm , aos 20,20m de profundidade, no perfil abaixo. Utilizar o método de David Cabral, sendo a pressão de injeção = 1,0kgf/cm2

EXERCÍCIO RESOLVIDOSoluçãoDavid CabralLembrando que: Qr = Ql + Qp

p/ pressão de injeção = 1kgf/cm2 e = 410mm tem – se da tabela 0 = 0,70

ql1 = 0,7 x 8 x 1 x (3,14 x0,41) x 1,0ql1 = 7,2

ql2 = 0,7 x 4 x 1 x (3,14 x 0,41) x 1,7 ql1 = 6,1

ql3 = 0,7 x 8 x 7 x (3,14 x 0,41) x 5,8 ql3 = 292

Nspt médio = (6+10+4+6+9+7)/6 = 7

ql4 = 0,7 x 8 x 21,6 x ( 3,14 x 0,41) x 5,45ql4= 848

Nspt médio = (23+29+32+4+20+5)/6 = 21,6

ql5 = 0,7 x 6 x 55 x (3,14 x 0,41) x 1,62 ql5 = 481

ql5 = 1869

Nspt médio = (40+60+60+60+60)/5 = 56ql5 = 0,7 x 8 x 56 x (3,14 x 0,41) x 4,63

qlf = 7,2+6,1+292+848+481+1869 = 3503kN = 350tf

ql = 0 x 1 x Nspt x Al em KN Parcela de atrito

EXERCÍCIO RESOLVIDOSoluçãoDavid Cabral

qp = 0 x 2 x Nspt x Ap = b x Ap Parcela de ponta

b = 0,7 x 2,8 x 60 = 117kgf/cm2

Como 117 > 50 kgf/cm2, portanto qp será:

qp = 50 x (412 x 3,14/4) = 65979kgf = 660kN = 66tf

Qr = (350 + 66,0)/2 = 208 tf

A capacidade de carga dessa estaca poderá aumentar desde que a estaca penetre em rocha sã.

Nesse caso: qp = 0,2 a 0,5 quc onde quc = resistência a compressão simples da rocha ql = 0,05quc < 0,05 fcj onde fcj = resistência característica do concreto aos 28 dias (20 Mpa)

ql na rocha por metro será : 0,41 x 3,14 x 1 x 100 = 128tf

EXERCÍCIO P/ RESOLVERDeterminar a capacidade de carga para uma estaca raiz 410mm aos 19,43m de profundidade, no perfil abaixo. Admitir que não haverá pressão de injeção. Utilizar o método de David Cabral

SoluçãoDavid CabralLembrando que: Qr = Ql + Qp

p/ pressão de injeção = 0kgf/cm2 e = 410mm tem – se da tabela 0 = 0,59

ql1 = 0,59 x 8,0 x 1 x (3,14 x 0,41) x 1,9 ql1 = 11,54

ql2 = 0,59 x 4,0 x 1 x (3,14 x 0,41) x 0,8 ql1 = 2,43

ql3 = 0,59 x 8,0 x 12,33 x (3,14 x 0,41) x 9,3 ql3 = 696,78

Nspt médio = (9+16+5+4+6+7+10+23+31)/9 = 12,33

qlf = 11,54+2,43+696,78+1,51+388,65+820,29 = 1921,2 kN = 192 tf

ql = 0 x 1 x Nspt x Al Parcela de atrito

ql4 = 0,59 x 4,0 x 1 x (3,14 x 0,41) x 0,5 ql4 = 1,51

ql5 = 0,59 x 8,0 x 26 x (3,14 x 0,41) x 2,46 ql5 = 388,65

Nspt médio = (22+30)/2 = 26

ql7 = 0,59 x 8,0 x 30,2 x (3,14 x 0,41) x 4,47 ql7 = 820,29

Nspt médio = (30+20+18+23+60)/5 = 30,2

SoluçãoDavid Cabral

b = 0 x 2 x Nspt x Ap = b x ApParcela de ponta

b = 0,7 x 2,8 x 60 = 117kgf/cm2

Como 117 > 50 kgf/cm2, portanto qp será:

qp = 50 x (412 x 3,14/4) = 65979kgf = 660kN = 66tf

Qr = (192 + 66,0)/2 = 129tf

David Cabral

ESTACAS RAIZSONDAGEM – ESTACAO E ESTACA-RAIZ

parte 1

ESTACAS RAIZSONDAGEM – ESTACAO E ESTACA-RAIZ

Parte 2

ESTACAS RAIZ

Parte 3 SONDAGEM – ESTACAO E ESTACA-RAIZ

CASOS DE OBRA

CASO DE OBRA

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