Fundações Mistas e Grupos de Estacas

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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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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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.


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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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• 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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• 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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• 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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‐ Estacas cravadas a percussão, em especial pré‐moldadas – levantamento – controlar topograficamente –emenda por solda.

‐ Em argilas rijas – levantamento.Relatos de levantamentos de até 50cm


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solo

‐ R = 5 x carga admissível na estaca

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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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‐ 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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‐ 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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‐ 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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Dois tipos:

‐ Fundações basicamente rasas;‐ Fundações basicamente profundas.

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‐ Fundações basicamente profundas:

• Possível redução do número total de estacas;• Rigidez pouco difere da rigidez do grupo de estacas.

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‐ Fundações basicamente rasas:

• Solo superficial de boa qualidade;• Estacas controlam recalques;• Estacas‐T.

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‐ 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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‐ 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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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 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.

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