fundações mistas e grupos de estacas
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16/08/2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
Fundações – Visão Geral, Fundações Mistas e Grupos de Estacas
Aula de 12/08/2016
Autor: Rodrigo PasqualE-mail: [email protected]
Curitiba - 12/08/2016
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Fundações Visão Geral, Fundações Mistas e Grupos de Estacas
- Passo a passo de um projeto de fundações:• Conhecer as condições locais, acesso, estruturas existentes.
• Conhecer fornecedores locais, melhores alternativas disponíveis no mercado.
• Conhecer o solo (sondagens de simples reconhecimento e complementares).
• Programar ensaios de carga prévios (critério do projetista combinado com executor).
• Conhecer o tipo de estrutura (superestrutura) e cargas atuantes nas fundações.
• Combinar as cargas adequadamente.
• Diante das informações acima tomar a decisão do tipo de fundação (direta, profunda, mista e tipo).
• Calcular a sua fundação. Se direta: tombamento, escorregamento, tensões no solo atuantes x resistentes, recalques. Cálculo estrutural da fundação. Se profunda: capacidade de carga (atrito lateral + ponta) definindo diâmetro, lado e profundidade, recalques/deformações, ruptura do solo e do elemento estrutural.
• Analisar se sua solução final se adapta a todas as premissas de projeto.
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- SPT:
• Conhecer o solo : cultura do SPT no Brasil.
• NBR 8036/1983:
• Valor de referência: R$50,00 por metro linear.• Topografia, locação (PCEs, pontos mais carregados) , critérios de interrupção (prof. estaca).
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- SPT:
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- SPT:
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- CPT:
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- CPT:
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- SPT X CPT/CPTu:
- SPT:
amostras, mais barato, equipamentos simples.
falta padronização, 30cm considerados apenas de cada metro, bastante dependente dos operadores, pouco representativo para argilas moles, amolgamento, parâmetros geotécnicos por correlações.
- CPT:
menos dependente do operador, registro contínuo, no caso do CPTu - medição de poro-pressões, procedimento de ensaio similar a estaca, padronização.
amostras não coletadas, classificação do solo pela razão de atrito (Rf), hipóteses simplificadoras/métodossemi-empíricos para obtenção de parâmetros.
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- SPT:
• Variação nos resultados usando equipamentos e pessoal diferente para o mesmo solo:
Fonte: Kulhawy et. al. (1996).
Ensaio Equipamento Procedimento/
Operacional
Aleatórios Total Faixa de variação
mais provável
SPT 5-75 5-75 12-15 14-100 15-45
CPT mecânico 5 10-15 10-15 15-22 15-25
CPT elétrico 3 5 5-10 8-12 5-15
Ensaio de
Palheta
5 8 10 14 10-20
Dilatométrico 5 5 8 11 5-15
Pressiométrico
com pré-furo
5 12 10 16 10-20
Pressiométrico
autoperfurante
8 15 8 19 15-25
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- Tomada de decisão:
OU
- PERGUNTA: O QUE É MAIS BARATO: FAZER FUND. DIRETA OU PROFUNDA?
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- Tomada de decisão:- Situações com grandes cargas trativas associadas com grandes momentos: sapatas de grandes dimensões.
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- Tomada de decisão:- Situações com grandes cargas trativas associadas com grandes momentos: sapatas de grandes dimensões.
- CONCLUINDO: FUND. DIRETA PODE SER MAIS CARA.
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- Tomada de decisão:
- Optando por fundação profunda – decidir tipo de estaca:
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- Projeto:
a) Decidir diâmetro e calcular capacidade de carga da estaca isolada em função da profundidade;
b) Calcular quantidade de estacas em função da carga atuante x admissível. Usar 1, 2, 3, 4... estacas?;
c) Definir geometria (espaçamento); Mínimo: geralmente 3 vezes o diâmetro da estaca. Para hélice contínua: usual 2,5 vezes o diâmetro. Dist. mínima vale para estacas em um mesmo bloco ou diferentes blocos;
d) Influência do momento no espaçamento;
e) Checar estacas em grupo: capacidade de carga e recalque;
f) Comportamento em grupo difere do comportamento da estacaisolada.
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- Grupo de Estacas Verticais:
Fonte: Velloso e Lopes (2010)
‐ Capacidade de Carga Vertical em Grupos:
Estacas ou tubulões muito próximos: comportam‐se em bloco juntamente com o solo aprisionado entre eles.
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- Grupo de Estacas Verticais:
Diferença em solos argilosos x arenosos:
• Em areias fofas compactação do solo aumento da capacidade de carga por atrito lateral do conjunto de estacas em relação a uma isolada. Em areias densas não visível comportamento semelhante;
• Em argilosos para espaçamentos da ordem de 2B comportamento em bloco baixa eficiência.
Fonte: Lambe (1969)
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- Grupo de Estacas Verticais:
Diferença em solos argilosos x arenosos:
Gráficos “a” em argila (Whitaker, 1957);Gráficos “b” em areia fofa (Stuart et al.1960).
- Prática de projeto: não se consideraaumento de resistência nos solos areno-sos fofos pela dificuldade da corretaavaliação. OPORTUNIDADE PARA PES-QUISAS.
Fonte: Velloso e Lopes (2010)
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- Grupo de Estacas Verticais:
Como estimar então capacidade de carga de um grupo de estacas verticais:
‐ Solos arenosos: grupo igual à soma da capacidade de carga isolada das estacas (assumindo bloco rígido).‐ Solos argilosos: grupo comporta‐se como uma estaca só dada pelo perímetro definido pela linha externa do grupo
(assumindo bloco rígido). Ver o que for menor: assim ou soma das isoladas;‐ Conceito da norma brasileira ABNT NBR6122:2010 (independentemente do tipo do solo):
Carga admissível grupo < sapata hipotética de mesmo contorno que o grupo a 1/3 do comp. de penetração na camada de suporte.
Perímetro estaca hipotética
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- Grupo de Estacas Verticais (Recalques):
• Modelar tridimensionalmente (dificuldade com estimativa de E);• Artifício do radier fictício (Terzaghi e Peck (1948)) – recalque igual ao de uma fund.direta assente em profundidade;
D1/D Situação
1 Estacas em solo mole e ponta em resistente
2/3 Estacas em meio homogêneo
1/3 Estacas atravessando camadas mais resistentes e com ponta em solo mole
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- Grupo de Estacas Verticais (Recalques):
• Métodos Empíricos:
‐ Proposições para condições particulares (tomar cuidado ao usar):
SKEMPTON (1953):
Bg = dimensão transversal do grupo de estacas;ξ (csi)= razão entre recalque dogrupo e de uma estaca.
MEYERHOF (1959):
nr = número de linhas de estacasnum bloco quadrado;ς = razão entre o espaçamento Entre estacas e o diâmetro das estacas (s/B).
VESIC (1969):
B = diâmetro das estacas.
FLEMING et al. (1985):
n = número de estacasno grupo;expoente = entre 0,33 a 0,6
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- Grupo de Estacas Verticais (Recalques):
• Métodos Elásticos:
POULOS E DAVIS (1980):
α` = RECALQUE ADICIONAL PROVOCADO POR UMA ESTACA ADJACENTERECALQUE DE UMA ESTACA
α` = α x Nh x Nb x Nν
K = Ep x Ra / E, sendo:Ra = 1 para estacas maciças;Ep = módulo de elasticidade do material da estaca;E = módulo de elasticidade do solo.
No gráfico: B = diâmetro, L = comprimento, s = espaçamento.
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- Grupo de Estacas Verticais (Recalques):
• Métodos Elásticos:
POULOS E DAVIS (1980):
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- Importância de controlar recalques:
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- Qual magnitude de recalque é aceitável:
BJERRUM (1963):
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- Recuperação de recalques:
‐ Macaqueamento;
‐ Injeção (CPR Grouting);
‐ Estacas de reação.
PROCESSOS CAROS. MELHOR PREVENIR QUE REMEDIAR.
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- Efeitos gerados pelo processo executivo que afetam um grupo de estacas :
‐ Estacas cravadas a percussão, em especial pré‐moldadas – levantamento – controlar topograficamente –emenda por solda.
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- Efeitos gerados pelo processo executivo que afetam um grupo de estacas :
‐ Estacas cravadas a percussão, em especial pré‐moldadas – levantamento – controlar topograficamente –emenda por solda.
‐ Em argilas rijas – levantamento.Relatos de levantamentos de até 50cm
Fonte: Velloso e Lopes (2010)
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- Efeitos gerados pelo processo executivo que afetam um grupo de estacas :
solo
‐ R = 5 x carga admissível na estaca
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- Efeitos gerados pelo processo executivo que afetam um grupo de estacas :
Estacas Pré‐moldadas de concreto
Controle pelo repique:
C2 = K – 2,5 (mm)
K = repique medido
Utilizando a Lei de Hooke: Ru = C2*A*E/L
Ru = resistência última da estaca A = área da seção transversal E = modulo de elasticidadeL = comprimento da estaca
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- Efeitos gerados pelo processo executivo que afetam um grupo de estacas :
‐ Concretagem com injeção – preenchimento de cavidades, penetração em solos moles – intervalo de execução entre estacas próximas.
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- Problemas Causados pela Cravação de Estacas :
‐ Danos a Estacas Vizinhas‐ Levantamento do solo (argila rija)‐ Recalque do solo (areia fofa)
‐ Danos a Construções Vizinhas‐ Levantamento do Solo‐ Vibração
‐ Desvio do Alinhamento durante a Cravação
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- Fundações Mistas:
‐ Projetos convencionais: • Fundação direta – carga transmitida diretamente no solo.• Fundação profunda – carga transmitida pela estaca. Despreza‐se contribuição do bloco.
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- Fundações Mistas:
‐ Kishida e Meyerhof (1965) – ideia ‐ levar em conta a contribuição dos blocos.‐ Poulos (1968) – primeiras análises racionais a respeito do assunto.‐ Economia x necessidade de maiores estudos.
‐ Edifício Messeturm – Frankfurt – 250m ‐ Petronas Towers – Malásia – 450m
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- Fundações Mistas:
‐ Compostas por elementos verticais e horizontais.‐ Transferência de carga pelo fuste e ponta dos elementos verticais e na cota de apoio do elemento horizontal.
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- Fundações Mistas:
Dois tipos:
‐ Fundações basicamente rasas;‐ Fundações basicamente profundas.
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- Fundações Mistas:
‐ Fundações basicamente profundas:
• Possível redução do número total de estacas;• Rigidez pouco difere da rigidez do grupo de estacas.
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- Fundações Mistas:
‐ Fundações basicamente rasas:
• Solo superficial de boa qualidade;• Estacas controlam recalques;• Estacas‐T.
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- Fundações Mistas:
‐ Fundações basicamente rasas – Estacas‐T:
‐ Ligação entre estaca e sapata: apenas cargasVerticais transmitidas, sem momentos (ligação rotu‐lada);
‐ Elemento horizontal simplesmente se apóia sobrea estaca;
‐ Momentos e cargas horizontais – transferidos ao solo pela sapata.
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- Fundações Mistas:
‐ Fundações basicamente rasas – Estacas‐T:
‐ Ruptura por plastificação do solo difícil;
‐ Se carga na estaca for superior ao previsto –recalque adicional – não ruptura plena;
‐ Aplicável em solos com Neq do SPT‐T > 6 sendo:
Neq = T/1,2 (Décourt, 1991)
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- Fundações Mistas:
‐ Fundações basicamente rasas – Estacas‐T:
Processo simplificado de cálculo para estimativa:
‐ Avalia‐se a capacidade de carga da estaca isoladaconvencional;
‐ Admite‐se que 70% da carga seja mobilizada pararecalque de topo de 15 a 20mm;
‐ Projeta‐se a estaca e seu topo fica como um mistode bloco de coroamento e fundação rasa;
‐ Carga líquida suportada pelo topo = carga nominaldo pilar – 70% da carga de ruptura da estaca + momentos + horizontais.
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- Fundações Mistas:
‐ Fundações basicamente rasas – Estapatas:
‐ Sapatas + estacas sem contato físico;
Passo a passo do dimensionamento:
‐ Faz‐se previsão do recalque da sapata isolada;‐ Compara‐se com a previsão do recalque admissível;‐ Projeta‐se a estaca;‐ Entre a estaca e a sapata – camada de isopor de espessuraIgual ao recalque calculado;‐ Solução para controle de recalque.