apresentação dissertação mestrado

Área de concentração: Materiais Metálicos para a Construção Civil

Autor: Célio Márcio MagalhãesOrientador: Prof. Dr. Cícero Murta Diniz Starling

Banca examinadora:Prof. Dr Abdias Magalhães GomesProf. Dr. Eduardo Marques Arantes

Belo Horizonte -

Fevereiro de 2010

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAISCURSO DE PÓS GRADUAÇÃO –

MESTRADO EM CONSTRUÇÃO CIVIL

Dissertação de Mestrado

ESTUDO COMPARATIVO POR ANÁLISE COMPUTACIONAL DE FUNDAÇÕES CONSTITUÍDAS POR DIFERENTES ELEMENTOS METÁLICOS EM AÇO

1-

Fundações metálicas –

Justificativa e importância da pesquisa

O emprego de estacas metálicas em fundações ocorre há

muitos anos no Brasil, entre outros aspectos, pela facilidade de execução e cravação das mesmas.

Através de uma análise da bibliografia disponível, constata-se um número reduzido de estudos realizados no Brasil sobre fundações constituídas por elementos metálicos.

As fórmulas semi-empíricas disponíveis na literatura para o dimensionamento de fundações são muito empregadas em estudos de fundações em concreto. Entretanto, também podem ser empregadas para o dimensionamento de fundações constituídas por elementos metálicos.

Neste trabalho, promoveu-se o dimensionamento de fundações metálicas constituídas por diferentes elementos (para diferentes tipos de solos) através da utilização de fórmulas semi-empíricas desenvolvidas para processos de cálculos estáticos e dinâmicos.

2-

Objetivo geral

O objetivo geral deste trabalho foi promover o dimensionamento de fundações constituídas por diferentes elementos metálicos com o auxílio de programas computacionais.

2-

Objetivo geral


Este trabalho abrangeu as fundações metálicas constituídas por perfis, tubos e, ainda, trilhos ferroviários reutilizados.

2-

Objetivo geral

Os programas computacionais (que foram desenvolvidos especificamente para essa aplicação) utilizaram fórmulas semi-empíricas de cálculos geotécnicos estáticos e dinâmicos

para determinar a capacidade de carga de estacas profundas e, conseqüentemente, a carga admissível das mesmas.



2-

Objetivo geral

Os programas computacionais (que foram desenvolvidos especificamente para essa aplicação) utilizaram fórmulas semi-empíricas de cálculos geotécnicos estáticos e dinâmicos para determinar a capacidade de carga de estacas profundas e, conseqüentemente, a carga admissível das mesmas.

Promover, a partir dos dados do dimensionamento para situações controladas (por exemplo, para um mesmo tipo de solo), uma análise comparativa da eficiência dos diferentes tipos de elementos estruturais considerados.



2-

Objetivo geral

Os programas computacionais (que foram desenvolvidos especificamente para essa aplicação) utilizaram fórmulas semi-empíricas de cálculos geotécnicos estáticos e dinâmicos para determinar a capacidade de carga de estacas profundas e, conseqüentemente, a carga admissível das mesmas.

Promover, a partir dos dados do dimensionamento para situações controladas (por exemplo, para um mesmo tipo de solo), uma análise comparativa da eficiência dos diferentes tipos de elementos estruturais considerados.

Realizar uma estimativa do custo global das fundações avaliadas que permitirá

uma análise da viabilidade de utilização das mesmas em situações específicas.



2-

Objetivo específico

Criar programas computacionais para geração de resultados

do dimensionamento e da interação solo/estrutura para diferentes elementos comuns de fundações metálicas (perfis, tubos e trilhos ferroviários)

2-


Criar programas computacionais para geração de resultados do dimensionamento e da interação solo/estrutura para diferentes elementos comuns de fundações metálicas (perfis, tubos e trilhos ferroviários)

Obter e analisar os resultados comparativos da carga admissível gerados por métodos estáticos semi-empíricos (métodos Aoki-Velloso, Décourt-Quaresma, Pedro Paulo Costa Velloso, Alberto Henriques Teixeira e Urbano Rodrigues Alonso) para os diferentes elementos metálicos considerados. Os resultados comparativos foram resultantes da análise em dois tipos de solos, o primeiro predominantemente arenoso e o segundo predominantemente argiloso.

2-




Obter e analisar os resultados comparativos da capacidade de carga dinâmica das fundações metálicas consideradas (através do método de HILEY-1925).

2-





Avaliar a tensão de cravação obtida em cada simulação e realizar um comparativo em relação aos limites de resistência do material.

2-





Avaliar a tensão de cravação obtida em cada simulação e realizar um comparativo em relação aos limites de resistência do material.

Realizar um estudo comparativo do custo global estimado dos diferentes tipos de fundações metálicas avaliadas e realizar uma análise da viabilidade da utilização das mesmas.

3-

Revisão bibliográfica

A utilização do aço como elemento estrutural de fundação

•

As estacas metálicas possuem uma grande diversidade em relação à

sua geometria contribuindo para que, juntamente com materiais de alta resistência como o aço, possam resistir a elevadas penetrações por cravação à

percussão e conseqüentemente à

cargas elevadas.

•

As estacas de aço também são muito utilizadas em reforços de fundações sendo isso atribuído à

sua facilidade de cravação, baixa vibração, baixo peso, fácil manuseio e por possuir diferentes geometrias e dimensões.

3-


Vantagens de Fundações em aço

•

pouca perturbação do terreno (exceto secções tubulares com ponta obturada);•

baixa vibração entre as estacas pré

fabricadas; •

grande capacidade de cravação em quase todos os tipos de solos;•

grande capacidade de carga•

podem atingir cota previamente fixada•

fácil condição de tempo de entrega;•

facilidade em executar emendas e cortes;•

elevada resistência à

compressão, tração e flexão;•

possibilita comprimentos variados;•

possibilita que várias estacas possam ser soldadas;•

facilidade de transporte e manuseio;•

controle de qualidade facilitado.

3-


Desvantagens de Fundações em aço

•

Alguns perfis são susceptíveis à

curvatura quando cravados;•

Ruído quando cravados por percussão;•

Pouca resistência de ponta;•

Fama de alto custo;•

Problemas relacionados à

corrosão.

3-


Tipos de estacas quanto ao processo executivo

•

Segundo DÉCOURT (1998), para simplificar os tipos de estacas quanto ao processo executivo, podemos citar dois grupos importantes: o de “estacas de deslocamento”

e o de “estacas de não deslocamento ou escavadas”.

3-


Fundações metálicas quanto às dimensões da seção e fabricação

•

Perfis de aço utilizados em fundações:·

tipo H e I laminados, soldados e eletrosoldados

•

Tubos de aço utilizados em fundações cravadas:·

circulares

•

Trilhos ferroviários utilizados em fundações cravadas:·

nacionais TR 25 ao TR68

3-


Dimensionamento geotécnico de fundações de aço

·

Norma ABNT 6122/96A capacidade de carga de fundações profundas pode ser obtida por métodos estáticos, provas de carga e métodos dinâmicos.

·

Capacidade de cargaCapacidade de carga lateral + capacidade carga de ponta =

Capacidade de carga da estaca

·

Carga admissívelCapacidade de carga da estaca / coeficiente de segurança (definido pelo autor e limitado pela norma NBR 6122/96. CS: não menor que 2)

3-


Métodos estáticos semi-empíricos que utilizam o SPT

•

Método Aoki-Velloso (1975)

•

Método Décourt-Quaresma (1978, 1982)

•

Método Pedro Paulo Costa Velloso (1979)

•

Método Alberto Henriques Teixeira (1996)

•

Método Urbano Rodrigues Alonso (1996)

3-


Métodos estáticos semi-empíricos que utilizam o SPT•

Método Aoki-Velloso (1975)

Capacidade de carga total da estaca (Qu):Qu =

(k . Np)/ F1 . sp + p/F2

(α

. k . Nl . ∆l)

A capacidade de carga por atrito de ponta (Qpu): Qpu = (sp/

F1) . k. NpF1: tabela pag 110 (metálica: 1,75)K: tabela pag 109Sp: área de pontaNp: índice de SPT na cota de apoio

Capacidade de carga por atrito lateral (Qlu): Qlu= (p/ F2) .

( α

. k . Nl)F2: tabela pag 110 (metálica: 3,50)

α

e k: página 109p: perímetro da estacaNl: índice de SPT ao longo do fuste

Capacidade de carga total da estaca (Qu):

Qu= Qlu + QpuCarga admissível da estaca (Qadm):

Qadm = Qu/CS (CS=2,0)

Qadm= carga admissível

Qu= capacidade de carga total

Qpu= Capacidade de carga de ponta

Qlu= capacidade de carga lateral

3-


Capacidade de carga por método dinâmico

·

Fórmula dinâmica de Hiley (1925) –

NEGA·

Aconselha-se, entretanto, a fórmula de Hiley (1925), por ser melhor elaborada (AÇOMINAS, 1981).

·

Qd = (ef . W . h) / (s + c) . (W + e²

P) / (W + P)

•

Sendo:•

ef = eficiência do sistema de cravação•

e = coeficiente de restituição definido na teoria de choque entre corpos sólidos, estudada na Física. (aço c/coxim: 0,32)

•

P = peso da estaca•

c = 1/2 (c1

+ c2

+c3) = representa as perdas por compressão elástica, ocorrentes no capacete (c1), na estaca (c2) e no solo (c3).

•

W = peso do martelo•

h = atura de queda•

Qd = capacidade de carga dinâmica da estaca •

s = nega de cravação ou seja, a energia aplicada é

totalmente gasta no trabalho de cravação da estaca.

•

ef = 0,75 para bate estaca de queda livre•

ef= 1,00 para bate estaca diesel ou a vapor. Neste caso W.h será

a energia nominal declarada no manual do equipamento.

•

c1 = a . Qd / Se (perda elástica do capacete) c2 = b.(Qd I Se) . I (perda lástica na estaca) c3 = 2,5mm (perda elástica no solo)

3-


Capacidade de carga por método dinâmico

·

Medição da Nega

·

Para o controle dinâmico da cravação de uma estaca metálica normalmente utiliza-se da medição do número de golpes necessário para uma certa penetração permanente da estaca no solo.

·

A contagem de golpes sobre a estaca e a medição da sua penetração é

denominada por NEGA.

3-


Tensão de cravação

·

O cálculo da tensão de cravação tem por objetivo estudar a energia disponibilizada pelo equipamento para se atingir as metas de cravação da estaca.

·

A energia de cravação propicia à

estaca condições à

sua cravabilidade, porém, pode também inviabilizar a execução do serviço ou da estaca.

·

Um dos fatores que limitam a energia de cravação é

o limite mínimo de escoamento do aço da estaca. Através destes cálculos é

possível dimensionar a profundidade de cravação da estaca e as condições máximas suportáveis pelo material.

σ

= ((ρ

. M . h) / S(L/E + α

. S/AC))½

≤ σe

Sendo:

ρ

= rendimento do martelo (queda livre –

adotar 0,75)

σ

= tensão média de cravação (kgf/cm²)

σe = limite mínimo de escoamento do aço (kg/cm²)

L = comprimento da estaca (cm)

Ac = seção do envelope da estaca ou do capacete (cm²)

α

= característica do capacete (aço c/ coxim = 0,3x10-2 cm³/kgf)

M = peso do martelo (kgf)

h = altura de queda do martelo (cm)

S = Área da seção da estaca (cm²)

E = módulo de deformação longitudinal (2,1x106 kg/cm²)

3-


Cravação à

percussão

·

Cravação por percussão é

o método executivo mais difundido no Brasil. Devido à

alta freqüência de utilização no país, vários processos semi empíricos foram criados para determinação da capacidade de carga.

·

Para a cravação das estacas é

necessário o equipamento de bate estacas que pode ser de queda livre ou automáticos, também chamado de “Martelos diesel”.

·

A cravação de estacas promovem deslocamentos do subsolo permitindo que a

estaca possa penetrar e transmitir sua carga para o subsolo pela ponta e pela área do fuste.

4-

Metodologia

·

As fundações metálicas mais comuns utilizadas são aquelas constituídas por perfis, tubos e trilhos. Estas fundações são, dentre outros métodos, executadas sob percussão por bate estacas.

·

No presente trabalho, foram dimensionados 03 tipos distintos de fundações em aço (para elementos em perfis, tubos e trilhos)

através do desenvolvimento de 03 programas computacionais distintos (uma para cada tipo de elemento).

·

Os processos utilizados para o dimensionamento das fundações cravadas foram os métodos clássicos estáticos e dinâmicos semi-empíricos.

4-

Metodologia

Definição do solo:

·

Para o dimensionamento e análise do custo de uma fundação metálica, foram considerados os fatores de solo utilizando o método à

percussão SPT.

·

O método de sondagem por SPT foi escolhido por ser um dos processos mais comuns utilizados no Brasil

·

Foram utilizados nos programas dois projetos de sondagem à

percussão SPT.

·

Para tornar os projetos de sondagens independentes, foi escolhido aquele que possui características parecidas em relação ao uso de fundações metálicas, onde no primeiro predomina solo tipo arenoso e o segundo com característica típica de solo argiloso.

4-

Metodologia

Definição dos elementos metálicos e tipos de aço a serem utilizados:

·

Os perfis do tipo “H”

e “I”

utilizados em fundações cravadas são comuns em aço A36, que oferece o limite de escoamento característico mínimo de 250 MPa.

·

Atualmente, os perfis e tubos de aço utilizados em fundações metálicas também podem ser do tipo ASMT 572 de grau 50 que oferece o limite de escoamento característico mínimo de 350 MPa.

·

Os trilhos ferroviários são regidos por normas diferentes e possuem resistência mínima de limite de escoamento, em média 450 Mpa.

·

Neste trabalho serão utilizados perfis e tubos ASTM 572 grau 50 e·

trilhos com 450 MPa de limite de escoamento.

4-

Metodologia

Desenvolvimento dos programas computacionais

-

Perfis

4-

Metodologia


-

Tubos

4-

Metodologia


-

Trilhos

4-

Metodologia

·


–

Resultados geotécnicos

4-

Metodologia

Definição do método executivo, das cargas estáticas e dinâmicas:

·

Para se evitar perdas de materiais (pontas de estacas) durante a

execução, é

importante que a fundação esteja projetada prevendo o mínimo de variação de seções dos elementos de fundação. Desta forma, consegue-se destino para as “pontas de estacas”

que foram cortadas.

·

Assim, optou-se pela utilização de somente duas cargas (25 e 75 tf), pretendendo extinguir ao máximo as perdas de materiais.

·

Os programas calcularam as tensões máximas de cravação e, a partir destes resultados, foram determinados a capacidade de carga e os limites de tensões suportados para cada elemento de fundação em relação ao tipo de solo.

·

Para que a estaca obtenha profundidade de cravação suficiente é

necessário que o valor da NEGA seja maior ou igual a zero.

·

A altura de queda do martelo também variou conforme a necessidade para se atingir a capacidade de carga. As alturas de queda, peso dos martelos e energia de cravação foram definidas conforme as respectivas metas de cargas admissíveis.

·

Em todos os casos foram considerados bate estacas de queda livre

utilizando uma peça de madeira para proteção.

4-

Metodologia

Definição dos custos das fundações:

·

Considerou-se a execução da fundação em um local plano e de fácil instalação dos equipamentos. A forma de pagamento foi tratada como um fator comum nas simulações.

·

Da mesma forma, a distância e transporte dos equipamentos e a disponibilidade no mercado foram consideradas similares em todas as situações.

·

Os custos de corte, preparo da cabeça da estaca e emendas, foram considerados como fator comum em todas as situações.

·

Assim, os fatores diferenciadores no custo final das fundações serão a profundidade das fundações e o valor dos elementos de aço.

·

Foram consideradas como base quantitativa para o estudo dos custos 100 fundações cravadas

para os dois tipos de solo.

·

Valores médios encontrados através de cotações:

·

Perfis: R$3,30/kg (GUERDAL)·

Tubos: R$5,16/kg (FERNANDES, V&MTUBES, 2009)·

Trilhos: R$ 2,00/kg (BRASIL Trilhos, 2009)·

Execução de cravação: R$40,00/m (Gontijo, 2009)

5. Resultados e discussão

.

Os resultados das cargas admissíveis dos trilhos simples serão comparados

aos resultados das cargas admissíveis dos tubos e perfis do tipo “H”

ou “I”

(somente do tipo simples, não considerando aqueles dos tipos duplos ou triplos). Com isso, serão gerados valores de profundidades para comparação.

.

Serão discutidos os comparativos realizados em relação às profundidades das fundações e dos custos finais de cada elemento em aço.

.

As tensões máximas de cravação e de carga de trabalho, para cada caso, serão apresentadas e analisadas em relação à

resistência do material utilizado.

5. Resultados obtidos para o solo tipo arenoso

sob a carga de 25tf

Profundidade de cravação para diferentes elementos em aço:

Trilho: TR32

Perfil: W200 x 19,3

Tubo: 168,3 x 4,8

3

7

2

5

4

9

8

10

11

12

13

16

20

21

22

22

22

17

25

22

35

39

37

39

39

38

37

36

32

38

44

58

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

0 5 10 15 20 25 30 35 40 4550 55 60 65

16

1313

19

1414

16

1413

22

1817

21

1716

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

Pro

fund

idad

e de

cra

vaçã

o (m

etro

s)

Trilhos 16 19 16 22 21

Tubos 13 14 14 18 17

Perfis 13 14 13 17 16

(1) PPCV (2) Aoki-Velloso (3) Décourt-Quaresma

(4) Teixeira (5) Alonso

16

19

16

22

21

13

14

18

17

13

14

13

17

16

14

10

1112

1314

1516

17

1819

2021

2223

24

Prof

undi

dade

em

met

ros

(m)

Trilhos 16 19 16 22 21

Tubos 13 14 14 18 17

Perf is 13 14 13 17 16




sob a carga de 25tf

Valores da NEGA de cravação para diferentes elementos em aço

Peso do martelo 2tf

Altura de queda livre 75cm

Capacete com coxim 20cm

(1) PPCV (2) Aoki-Velloso

(3) Décourt-Quaresma


6,756,40

6,75

5,465,75

4,64,3 4,3

3,13,4

6,82

5,52

6,82

4,264,68

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Val

ores

de

NE

GA

(mm

/gol

pe)

Trilhos 6,82 5,52 6,82 4,26 4,68

Tubos 4,6 4,3 4,3 3,1 3,4

Perfis 6,75 6,40 6,75 5,46 5,75




sob a carga de 25tf

Valores da tensão de cravação para diferentes elementos em aço

Peso do martelo 2tf


Limite de escoamento perfil e tubo: 350 MPa

Limite de escoamento trilho: 450 MPa

117,63 113,58 117,63 109,92 111,11

217,30 212,00 212,00198,20

216,80 211,60 216,80198,10 202,30

194,10

50

100

150

200

250

300

350

Tens

ão d

e cr

avaç

ão (M

Pa)

Trilhos 117,63 113,58 117,63 109,92 111,11

Tubos 217,30 212,00 212,00 194,10 198,20

Perfis 216,80 211,60 216,80 198,10 202,30




sob a carga de 25tf

Custo das estacas para diferentes elementos em aço (tubos, trilhos e perfis).

1664,00

1976,00

1664,00

2288,00

2184,00

1818,00

1957,84

2517,23

2377,38

1347,97

1451,66

1347,97

1762,73

1659,04

1957,84

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1800,00

2000,00

2200,00

2400,00

2600,00

Valo

res

em re

ais

R$

Trilhos 1664,00 1976,00 1664,00 2288,00 2184,00

Tubos 1818,00 1957,84 1957,84 2517,23 2377,38

Perf is 1347,97 1451,66 1347,97 1762,73 1659,04




sob a carga de 75tf


Trilho: TR57

Perfil: W360 x 44

Tubo: 219,1 x 7,9

3

7

2

5

4

9

8

10

11

12

13

16

20

21

22

22

22

17

25

22

35

39

37

39

39

38

37

36

32

38

44

58

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

0 5 10 15 20 25 3035 40 4550 5560 65

23

21

16

28

22

19

25

22

17

31

26

22

29

25

21

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

Pro

fund

idad

e de

cra

vaçã

o (m

etro

s)

Trilhos 23 28 25 31 29

Tubos 21 22 22 26 25

Perfis 16 19 17 22 21



23

28

25

31

29

2122

2625

16

19

17

2221

22

14151617181920212223242526272829303132

Prof

undi

dade

em

met

ros

(m)

Trilhos 23 28 25 31 29

Tubos 21 22 22 26 25

Perfis 16 19 17 22 21




sob a carga de 75tf


Peso do martelo 6tf






10,56

9,31

10,12

8,258,58

10,410,0 10,0

8,68,9

10,44

7,29

9,17

5,43

6,67

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Valo

res

de N

EG

A (m

m/g

olpe

)

Trilhos 10,44 7,29 9,17 5,43 6,67

Tubos 10,4 10,0 10,0 8,6 8,9

Perfis 10,56 9,31 10,12 8,25 8,58




sob a carga de 75tf


Peso do martelo 6tf




181,81172,95 178,11

168,23 171,33

267,30 262,90 262,90250,90

300,10281,40

293,50

265,70 270,70

247,20

50

100

150

200

250

300

350

Tens

ão d

e cr

avaç

ão (M

Pa)

Trilhos 181,81 172,95 178,11 168,23 171,33

Tubos 267,30 262,90 262,90 247,20 250,90

Perfis 300,10 281,40 293,50 265,70 270,70




sob a carga de 75tf


3537,86

4306,96

3845,50

4768,424460,78

5304,435557,02

6567,396314,80

2979,57

3538,24

3165,79

4096,913910,68

5557,02

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

Valo

res

em re

ais

R$

Trilhos 3537,86 4306,96 3845,50 4768,42 4460,78

Tubos 5304,43 5557,02 5557,02 6567,39 6314,80

Perf is 2979,57 3538,24 3165,79 4096,91 3910,68



5. Resultados obtidos para o solo tipo argiloso

sob a carga de 25tf


Trilho: TR32

Perfil: W200 x 19,3

Tubo: 168,3 x 4,8

3

7

2

5

4

9

8

10

11

12

13

16

20

21

22

22

22

17

25

22

35

39

37

39

39

38

37

36

32

38

44

58

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

0 5 10 15 20 25 30 35 40 4550 55 60 65

20

1615

26

2221

17

1514

22

1918

21

1817

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

Pro

fund

idad

e de

cra

vaçã

o (m

etro

s)

Trilhos 20 26 17 22 21

Tubos 16 22 15 19 18

Perfis 15 21 14 18 17



20

26

17

2221

1615

1918

15

21

14

1817

22

101112131415161718192021222324252627

Prof

undi

dade

em

met

ros

(m)

Trilhos 20 26 17 22 21

Tubos 16 22 15 19 18

Perf is 15 21 14 18 17




sob a carga de 25tf


Peso do martelo 2tf






6,07

4,43

6,40

5,185,46

3,7

2,2

4,0

2,93,1

5,1

2,62

6,38

4,264,68

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Valo

res

de N

EG

A (m

m/g

olpe

)

Trilhos 5,1 2,62 6,38 4,26 4,68

Tubos 3,7 2,2 4,0 2,9 3,1

Perfis 6,07 4,43 6,40 5,18 5,46




sob a carga de 25tf


Peso do martelo 2tf




112,32 105,55116,23 109,92 111,11

202,50

180,20

207,10194,10

206,80

183,50

211,60194,10 198,10

190,40

50

100

150

200

250

300

350

Tens

ão d

e cr

avaç

ão (M

Pa)

Trilhos 112,32 105,55 116,23 109,92 111,11

Tubos 202,50 180,20 207,10 190,40 194,10

Perf is 206,80 183,50 211,60 194,10 198,10




sob a carga de 25tf


2080,00

2704,00

1768,00

2288,002184,00

2237,54

2097,69

2657,07

2517,23

1555,35

2177,49

1451,66

1866,421762,73

3076,61

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

3000,00

Valo

res

em re

ais

R$

Trilhos 2080,00 2704,00 1768,00 2288,00 2184,00

Tubos 2237,54 3076,61 2097,69 2657,07 2517,23

Perf is 1555,35 2177,49 1451,66 1866,42 1762,73




sob a carga de 75tf


Trilho: TR57

Perfil: W360 x 44

Tubo: 219,1 x 7,9

3

7

2

5

4

9

8

10

11

12

13

16

20

21

22

22

22

17

25

22

35

39

37

39

39

38

37

36

32

38

44

58

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

0 5 10 15 20 25 30 35 40 4550 55 60 65

27

24

20

26 26

23

18

27

23

30

26

22

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

Pro

fund

idad

e de

cra

vaçã

o (m

etro

s)

Trilhos 27 26 30

Tubos 24 23 27 26

Perfis 20 26 18 23 22



2726

30

2423

2726

20

26

18

2322

14151617181920212223242526272829303132

Prof

undi

dade

em

met

ros

(m)

Trilhos 27 26 30

Tubos 24 23 27 26

Perf is 20 26 18 23 22




sob a carga de 75tf


Peso do martelo 6tf






8,94

7,05

9,70

7,93 8,25

9,39,6

8,28,6

7,918,54

6,04

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Valo

res

de N

EG

A (m

m/g

olpe

)

Trilhos 7,91 8,54 6,04

Tubos 9,3 9,6 8,2 8,6

Perfis 8,94 7,05 9,70 7,93 8,25




sob a carga de 75tf


Peso do martelo 6tf




174,62 176,34 169,76

254,70 258,70247,20

275,90

248,50

287,20

261,10 265,70

243,70

50

100

150

200

250

300

350

Tens

ão d

e cr

avaç

ão (M

Pa)

Trilhos 174,62 176,34 169,76

Tubos 254,70 258,70 243,70 247,20

Perfis 275,90 248,50 287,20 261,10 265,70




sob a carga de 75tf


4153,143999,32

4614,60

6062,215809,62

6819,986567,39

3724,46

4841,80

3352,01

4283,134096,91

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

Valo

res

em re

ais

R$

Trilhos 4153,14 3999,32 4614,60

Tubos 6062,21 5809,62 6819,98 6567,39

Perf is 3724,46 4841,80 3352,01 4283,13 4096,91



5. Análise comparativa global

·

Considerou-se arbitrariamente a utilização de 100 unidades de estacas (50 para 25tf e

50 para 75tf)

para uma melhor aproximação de uma situação real de fundação.

·

Assim, pôde-se melhor compreender como as variações de valores influenciam no custo final da fundação.

260.093,00

314.148,00

275.475,00

352.821,00

332.239,00

311.657,00

288.366,00

339.930,00

356.121,50

375.743,40 375.743,40

454.231,00

434.609,10

414.987,20

395.365,30

473.852,90

454.231,00

216.376,90

249.494,85

225.688,05

292.981,80

278.486,15

263.990,50

350.964,40

240.183,70

307.477,45

292.981,80

200.000,00

220.000,00

240.000,00

260.000,00

280.000,00

300.000,00

320.000,00

340.000,00

360.000,00

380.000,00

400.000,00

420.000,00

440.000,00

460.000,00

480.000,00

500.000,00

Trilhos - Arenoso 260093,00 314148,00 275475,00 352821,00 332239,00

Trilhos - Arenoso 311657,00 288366,00 339930,00

Tubos - Arenoso 356121,50 375743,40 375743,40 454231,00 434609,10

Tubos - Argiloso 414987,20 395365,30 473852,90 454231,00

Perfis - Arenoso 216376,90 249494,85 225688,05 292981,80 278486,15

Perfis - Argiloso 263990,50 350964,40 240183,70 307477,45 292981,80

P.P.C. Velloso Aoki-Velloso Décourt-Quaresma T eixeira Alonso

6. Conclusões

·

A partir dos resultados obtidos pode-se concluir que as simulações apontam o elemento “perfil metálico”

como a opção de menor custo.

·

Em todas as simulações, o solo tipo arenoso demonstrou maior capacidade de carga em relação ao solo tipo argiloso. Desta forma, conclui-se também que o tipo de solo pode vir a influenciar na profundidade de cravação.

·

O trilho possui elevada capacidade de penetração, mas devido a sua menor área de ponta e perímetro de seção, este passa a ter o custo comprometido em relação aos demais elementos (perfis e tubos)

que apresentam maior diversidade de seções.

6. Conclusões

·

Os tubos, apesar da elevada capacidade de carga, apresentaram maiores custos, ultrapassando todos os demais elementos para os dois tipos de solos estudados.

·

Já

os perfis metálicos (que apresentaram os menores custos globais para fundação)

dispõem de uma diversidade elevada de geometrias e dimensões. Desta forma, obtêm-se inúmeras combinações que propiciam às fundações profundidades e capacidade de cargas desejadas com custos que viabilizam o seu uso

em relação aos demais elementos de mesma origem (metálicos).

6. Conclusões

·

Os resultados obtidos para as tensões de cravação demonstraram que o aço ASTM A572 de grau 50 possui resistência suficiente para atender às exigências de cravação das estacas estudadas. Já

o aço tipo ASTM A36 não apresentou valores de custo de aquisição que justificassem o seu uso dentro dos parâmetros do presente trabalho.

·

Os resultados da tensão de cravação dos trilhos (que são elementos fabricados com aço de maior resistência, neste trabalho considerado como tendo limite de escoamento mínimo de 450 MPa) apresentaram resultados que viabilizam a sua utilização.

·

Os valores apresentados para NEGA foram satisfatórios. Em todas as simulações realizadas não houve problemas com resultados abaixo ou próximo de “zero”. Conclui-se, assim, que em todas as situações as estacas atingiriam suas as respectivas profundidades e capacidades de cargas.

6. Conclusões

·

O trabalho demonstra que o correto dimensionamento de fundações metálicas direciona os resultados às melhores condições estruturais e, conseqüentemente, orçamentárias. Dentro desse raciocínio, demonstra-se também a importância dos cálculos das tensões máximas (tanto estáticas quanto dinâmicas) em relação à

resistência do material e também ao seu uso e aplicação.

·

Através de diferentes informações de entrada (como tipos de solo e cargas) foi possível obter resultados que demonstraram comportamentos diversos em

relação ao custo global da fundação.

·

Outro fator importante foi a divergência nos resultados entre os métodos estáticos estudados. Com isso, através destes métodos, pôde-se analisar, por exemplo, que para um determinado elemento metálico e sob condições diferentes de tipo de solo é

possível determinar o melhor resultado a ser utilizado.

Centro administrativo do Governo de Minas Gerais

Prédio 1

Fundação: 21 mil metros de estacas metálicas tubulares cravados

www.odebrechtonline.com.br/comple

mento/02201-02300/2286

ESTUDO COMPARATIVO POR ANÁLISE COMPUTACIONAL DE FUNDAÇÕES CONSTITUÍDAS POR DIFERENTES ELEMENTOS METÁLICOS EM AÇO

Autor: Célio Márcio Magalhães

Orientador: Prof. Dr. Cícero Murta Diniz Starling

Belo HorizonteFevereiro de 2010

apresentação dissertação mestrado

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