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4.3 TUBULÕES São elementos estruturais de fundação profunda que transmitem as cargas para o solo diretamente, por sua base. São executados a partir da concretagem de uma escavação, revestida ou não, aberta no terreno, em que ocorre a descida de operário pelo menos em sua fase final. Constituem-se de um fuste e uma base alargada. Os tubulões dividem-se em dois tipos básicos: os tubulões a céu aberto, com ou sem revestimento, e os tubulões a ar comprimido (pneumáticos), sempre revestidos. O revestimento pode ser feito com camisa de concreto armado ou de aço. Neste último caso, a camisa pode ser perdida ou recuperada. 4.3.1 Tubulões a céu aberto Os tubulões a céu aberto são os mais simples, e resultam da concretagem de um poço aberto manualmente ou mecanicamente no terreno a céu aberto. São normalmente executados acima do nível d'água natural ou rebaixado, ou, em casos especiais, em terrenos saturados que permitam bombeamento sem risco de desmoronamento. Caso haja apenas cargas verticais, os tubulões não são armados, havendo apenas uma ferragem de topo para ligação com o bloco de coroamento.

Tubulão a céu aberto: corte e perspectiva

Escavação de tubulão e camisas de concreto

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Tubulão a céu aberto com base alargada

Normalmente, o fuste do tubulão tem seção circular, com diâmetro mínimo de 70cm, para permitir a entrada e saída de operários, e sua base pode ser circular ou em falsa elipse. Neste caso, a relação entre os comprimentos a/b não deve ultrapassar 2,5.

Seções típicas de tubulões

A área da base do tubulão é calculada de modo análogo ao das fundações rasas, desprezando-se seu peso próprio. Assim, sendo Ab a área da base do tubulão, P a carga atuante e σs a tensão admissível do solo, pode-se afirmar:

A partir desta equação, chega-se às seguintes expressões para bases circulares ou em falsa elipse:

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A área do fuste é calculada como se este fosse um pilar com área de aço igual a zero:

Nesta expressão, Af é a área da seção transversal do fuste, γf e γc são coeficientes de majoração das cargas e de minoração da resistência do concreto (1,4 e 1,6 pela NBR 6122/96), P é a carga no tubulão e fck é a resistência característica do concreto. Para não ser armado, a tensão no fuste de concreto deve ser, no máximo, de 5 MPa, e que a área mínima do fuste será a razão entre a carga P e a tensão no concreto, chega-se à seguinte fórmula para o diâmetro do fuste:

Em tubulões a céu aberto, normalmente se adota o ângulo α de inclinação da base como sendo 60°. Assim, a altura da base do tubulão será dada, conforme o tipo de base utilizada:

A NBR 6122/96 recomenda que a altura máxima da base seja de dois metros, a menos que se tomem cuidados especiais para garantir a estabilidade do solo. O volume da base alargada será :

O processo de execução dos tubulões a céu aberto deve seguir as seguintes etapas:

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1) A partir do gabarito marca-se o eixo do tubulão com um piquete de madeira. A seguir, com um arame e um prego, marca-se no terreno a circunferência do fuste do tubulão, cujo diâmetro mínimo é de 70cm; 2) Escava-se até a cota especificada em projeto. Se houver presença de água, recorre-se ao bombeamento simultâneo da água acumulada no poço. Também pode ocorrer desmoronamento de alguma camada, tornando necessário o uso de encamisamento; 3) Faz-se o alargamento da base conforme as dimensões do projeto; 4) Verifica-se o poço: profundidade, alargamento, altura e tipo de solo da base, limpeza; 5) Colocação da armadura, se necessária; 6) Executa-se a concretagem, lançando-se o concreto da superfície.

Execução de tubulões – preparo da base e ferragem de espera

Acidente em escavação inadequada de tubulão

Tubulões Mecanizados Os tubulões podem ser executados mecanicamente, por meio de equipamentos também utilizados na confecção de estacas. Porém, ainda assim há a necessidade de descida de operário para execução da sua base alargada. São moldados no local após a escavação do solo, executados utilizando-se torres metálicas, acopladas a caminhões, guinchos, conjunto de tração e haste de perfuração hidráulica,

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constituídas de trados em sua extremidade, procedendo-se o avanço através de prolongamento telescópico. O diâmetro das perfuratrizes varia de 0,30 a 1,50 metros, podendo-se executar desde estacas de pequena profundidade com equipamento de pequeno porte até grandes profundidades com equipamento de torre para 27 metros. A vantagem desta solução está na grande mobilidade e produção do equipamento, permitindo a amostragem do solo escavado, atingindo a profundidade determinada em projeto e a ausência de vibração, podendo ser executada próximo à divisa sem dano às construções vizinhas.

Perfuratriz para confecção de fuste

4.3.2 Tubulões a ar comprimido Os tubulões a ar comprimido ou pneumáticos são empregados quando se deseja executar tubulões em solos com água de esgotamento impossível. Utilizam-se de uma câmara de equilíbrio em chapa de aço e um compressor. O princípio é manter, pelo ar comprimido injetado, a água afastada do interior do tubulão.

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Esquema de tubulão a ar comprimido

Os processos construtivos se diferenciam conforme o tipo de camisa utilizada: - Camisa de concreto: todo o processo de cravação da camisa, abertura e concretagem da base é feito sob ar comprimido, pois é realizado manualmente, com auxílio de operários; - Camisa de aço: a cravação é feita por equipamentos a céu aberto, e apenas a abertura e concretagem da base ocorre sob ar comprimido. A pressão máxima de ar comprimido empregada é de 3,4 atm, razão pela qual estes tubulões têm profundidade limitada a cerca de 30 metros abaixo do nível d’água. Os equipamentos devem permitir que se atendam rigorosamente os tempos de compressão e descompressão prescritos pela legislação vigente.

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Instalação da campânula para tubulão a ar comprimido

Tubulões a ar comprimido

O cálculo da base é idêntico ao dos tubulões a céu aberto. A diferença está no cálculo do fuste: 1) Camisa de concreto: o fuste é dimensionado como um pilar, e geralmente a armadura é colocada na camisa de concreto. O fck mínimo deve ser de 18 MPa. O cálculo é feito para o Estado Limite de Ruptura:

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Devido à atuação sob ar comprimido, os estribos devem resistir a pressão 30% maior que a pressão de trabalho. Assim, o cálculo da área dos estribos será feito pela expressão:

2) Camisa de aço: se a camisa de aço permanecer totalmente enterrada, pode-se considerar sua seção transversal como armadura longitudinal, descontando-se 1,5mm por eventual corrosão. As espessuras mínimas das camisas são 1/4", para diâmetros de até 100cm, e 5/16” para diâmetros superiores. O cálculo é feito para o Estado Limite Último, com a camisa sendo a armadura longitudinal, e para o Estado Limite de Utilização, considerando-se apenas a seção de concreto. A carga máxima adotada no tubulão é a menor das duas. a) E. L. Último:

b) E. L. Utilização:

Como a camisa só existe do topo da base para cima, é necessário utilizar uma armadura de transição quando o critério de dimensionamento for o da hipótese ‘a’. Essa armadura não leva estribos, e é cravada na base logo após a concretagem da mesma. Ressalte-se ainda que deve ser verificada a necessidade ou não de ancorar a camisa metálica devido à força E resultante do empuxo, para cima, provocado pelo ar comprimido.

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No livro “Exercícios de Fundações” (Alonso) há fórmulas para cálculo de armaduras e um detalhamento construtivo dos tubulões a ar comprimido, tabelas de cargas/diâmetro, empuxo devido à pressão interna, além de tabelas de dimensionamento dos tubulões a céu aberto.