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Geotecnia de Fundações TC 041

Vítor Pereira Farovpfaro@ufpr.br

Agosto 2017

Curso de Engenharia Civil – 8º Semestre

Engenharia de fundações:

Tipo de Solo Tipo de estrutura

Solicitações (cargas) Tipo de Fundações

Projeto Execução

Fiscalização Reforço

ESTUDO DE FUNDAÇÕES

FUNDAÇÃO é um elemento de transição entre Estrutura e Solo

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ESTUDO DE FUNDAÇÕES

PROJETO

a) SEGURANÇA À RUPTURA:

• solo: cargas transmitidas pelas fundações

• fundações: enquanto elemento estrutural

b) RECALQUES COMPATÍVEIS COM A SUPER-ESTRUTURA

• propriedades de deformabilidade dos solos• determinação de recalques admissíveis

NBR 6122 (2010): Projeto e execução de fundações

NBR 12131 (2006): Provas de cargas em estacas

NBR 6489 (1984): Prova de carga direta

NBR 8036 (1983): Sondagens de simples reconhecimento

NBR 6484 (2001): Execução de sondagens

1. NORMAS DE FUNDAÇÕES

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CARGA POR PILAR aumento cargas

Pmin= 10n a 20n (ton) Pexcepcional = 200 ton NBR

Pméd = 20n a 40n (ton) Pmax = 1000 a 3000 ton

Pmáx = 40n a 60n (ton)

n= n° de andares

2. FASES DE SOLUÇÃO DE PROBLEMAS DE FUNDAÇÕES

a) CARREGAMENTO (níveis de cargas, tipo, atuação)

• Produto final do projeto estrutural

• Obras convencionais P 12kN/m²/andar = 1,2t/m²/andar

Ações nas Fundações

Cargas Vivas Operacionais

Ocupação por pessoas; Passagem de veículos; Operação de equipamentos móveis

(guindastes; ponte rolante, etc..) Armazenamento Atracação de navios, pouso de helicópteros; Frenagem e aceleração de veículos (pontes,

garagens, etc.)

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Ações nas Fundações

Cargas Vivas Ambientais

Vento; Ondas, correnteza; Sismos;

Acidentais Solicitações especiais de construção e

instalação Colisão de veículos; Explosão, fogo

Ações nas Fundações

Cargas Mortas ou Permanentes

Peso próprio da estrutura e equipamentos permanentes;

Empuxo de água (sub-pressão); Empuxo de terra;

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Função da complexidade e tipo de obra

Subdividida entre preliminar e complementar

Preliminar: sondagem SPT

Complementar: coleta de amostras

ensaios de laboratório

ensaios de campo

b) INVESTIGAÇÃO DE SUBSOLO

Busca de solução que atenda aos critérios de comportamento, custo, viabilidade e tempo.

c) ANÁLISE CRÍTICA

c.1) Conhecimentos teóricos de Mecânica dos Solos

Propriedades de solos

Teorias de capacidade de carga

Recalques (Imediatos, adensamento)

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c.2) Normas e Códigos

Somatório de experiência e consenso de grupo de especialistas relativo a técnicas e procedimentos.

c.3) Experiência anterior

Acumulo de conhecimentos : livros, congressos

? Experiência profissional

c.4) Regras empíricas

Adoção de critérios e correlações sem fundamentação teórica: SPT

c.5) Fatores econômicos

c.6) Equipamento disponível• Equipamentos especiais (tubulões a ar comprimido, estacas escavadas de grande diâmetro, pré-moldados)• Acesso ao local, custos, disponibilidade

c.7) Prática regional

Adoção de soluções consagradas

c.8) Fundações de edificações vizinhas

• Tipos de estrutura e fundações

• Existência de subsolo

• Possíveis consequências decorrente de escavações

• Problemas de vibrações ocasionados pela nova obra

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d.3) Especificações construtivas

indicações relativas às condições de execução

d.2) Dimensionamento

Projeto propriamente dito:

Capacidade de carga e recalque

d.1) Escolha do tipo de fundação

Fundação direta x fundação profunda (tipo)

d) SOLUÇÃO DO PROJETODa análise crítica (Engineering Judment) à solução do problema

e.1) Fiscalização da execução

Liberação das fases de projeto e execução, registro em

livro de ocorrências

e.2) Realização de ensaios

Materiais componentes - concreto

Provas de carga

Ensaios especiais (integridade, rotativa, etc)

e.3) Controle de comportamento

Controle de recalques

e) EXECUÇÃO

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• Solução inconveniente

• Alteração das cargas de projeto

• Problemas executivos

f) REFORÇO DE FUNDAÇÃO

QUADRO GERAL DAS FASES DA SOLUÇÃO DE UM PROBLEMA DE

FUNDAÇÕES

1- Determinação das Cargas

2- Investigação do subsolo

a) PRELIMINAR

amostragem e identificação

b) COMPLEMENTAR ou DEFINITIVA

ensaios “ in situ” ou coleta de amostras para ensaios em laboratório

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a) Conhecimentos teóricos

b) Normas, especificações e códigos

c) Experiência anterior

d) Regras empíricas

e) Fatores econômicos

f) Equipamentos disponíveis

g) Prática regional

h) Fundações das edificações vizinhas

3- Análise críticavisando a solução

4- Solução (em nível de Projeto)

a) Escolha do Tipo

b) Dimensionamento

c) Especificações Construtivas

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5-Execução

a) Fiscalização da execução

c) Controle de Comportamento

(Verificação de recalques, esforços em escoramentos)

b) Ensaios materiais

provas de carga

especiais

(auscultação, instrumentação)

(casos especiais de mau desempenho das fundações ou alteração do estado de carregamento)

6- Reforço de Fundações

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Forma de transferência de cargas da estrutura

para o solo

Diretas

Indiretas

Rasas

Profundas

Base do elemento

Profundidade da cota de apoio

Atrito lateral e por efeito de ponta

3 metros

a cota de apoio da base situa-se a uma profundidade superior a 2 vezes sua menor dimensão

ESTUDO DE FUNDAÇÕES

ESTUDO DE FUNDAÇÕES

a) FUNDAÇÕES DIRETAS: carga transmitida ao solo por pressões na base das fundações

b) FUNDAÇÕES PROFUNDAS: carga transmitida ao solo por pressões na base das fundações e por atrito ou adesão na superfície lateral

Dois grupos distintos definidos segundo a forma de transmissão das cargas ao solo

ESTUDO DE FUNDAÇÕES

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FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS

FUNDAÇÕES PROFUNDAS

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FUNDAÇÕES MISTAS

Quadro resumo

Fundações diretas rasas

Blocos e alicerces

Sapatas

Corrida

Isolada

Associada

Alavancada

Radiers

Fundações diretas profundas TubulõesCéu aberto

Ar comprimido

Fundações indiretas

Brocas

Estacas de madeira

Estacas de aço

Estacas de concreto pré-moldadas

Estacas de concreto moldadas in loco

Strauss

Franki

Hélice contínua/Ômega

Barrete/Estacão e raiz

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ESTACAS CRAVADAS – Execução e Defeitos

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ESTACAS ESCAVADAS – Execução e Defeitos

TOMADA DE DECISÃO

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Estacas de Madeira

Troncos de árvores cravados com bate-estacas de pequenas dimensões.

Antes da difusão da utilização do concreto elas eram muito usadas quando a camada de apoio às fundações se encontrava em profundidades grandes.

Tipo de madeiras utilizadas é o eucalipto ou “madeira de lei” (peroba, aroeira, maçaranduba, ipê...)

Diâmetros usuais: 25, 30, 35 e 40cm. Estacas caras com relativa baixa capacidade

de carga em relação ao diâmetro e difíceis de encontrar.

No Brasil atualmente - em obras provisórias. Teatro Municipal do Rio de Janeiro

Estacas de Madeira

Em Curitiba, edifício Moreira Garcez:

- Rua XV de Novembro com Voluntários da Pátria;

- Primeiro “arranha-céu” do Paraná, terceiro do- país;

- Engenheiro João Moreira Garcez, prefeito.

- Troncos de eucalipto embebidos em óleo cru.

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Estacas de Madeira

Desvantagem: Submetida a variação do NA apodrece por ação de fungos aeróbios. Impossível obter um meio completamente seco.

Estacas de Madeira

Considerar anisotropia, material não homogêneo:

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Dimensionamento Estaca de Madeira

REGRA GERAL:

LIGAÇÕES EM ESTACAS DE

MADEIRA

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Dimensionamento Estaca de Madeira

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Estaca Metálica

Diversas formas: perfis laminados (I ou H,

ou trilhos de trem), perfis soldados e tubos.

Estaca Metálica Perfis laminados (I)

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Estaca Metálica

Perfis laminados (H e Trilhos)

Fundações indiretas profundas

Estacas metálicas Profundidade – acima de 24

m (cuidar com verticalidade) Boa Durabilidade – sempre

enterradas (quantidade de oxigênio nos solos naturais muito baixa)

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Dimensionamento Estaca de Aço

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Dimensionamento

Normas: A NBR 6122 dispensar tratamento especial desde que descontada uma espessura

de sacrifício.

As estacas devem ser dimensionadas pela NBR 8800, considerando a espessura reduzida (pela espessura de sacrifício) da NBR 6122.

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Dimensionamento

Características complementares: Atrito lateral – perímetro; Ponta – seção envolvente;

Possibilidade de aumentar a Aponta;

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Dimensionamento

Características complementares: Variação de perfil com a profundidadepor (atrito lateral) resultante vai reduzindo. Cuidar com ancoragem da estaca no bloco. Aderência (1,4 menor que barra entalhada).

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Estaca Metálica Vantagens

Podem ser cravadas em quase todos tipos de terrenos Possuem facilidade de corte e emenda Podem atingir grande capacidade de carga Trabalham bem a flexão Se utilizadas em serviços provisórios podem ser

reaproveitadas várias vezes Penetram em solos mais resistentes.

Desvantagem Custo maior em relação às estacas pré-moldadas de

concreto, Strauss e Franki.

Estacas Pré-Moldadas de Concreto

Concreto é o melhor material para a construçãode estacas graças a sua resistência aos agentesagressivos e suporta bem aos ciclos deumedecimento e secagem além de elevadascargas.

Classificação:

Tipo de ConcretoTipo de

ConcretoArmaduraConfecção

Concreto vibrado

Concreto centrifugado

Extrusão

Em Canteiro

Em Usina

Concreto armado

Concreto protendido

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Estacas Pré-Moldadas de Concreto

Podem ser produzidas em seções: Quadrada Circular Sextavada Vazadas ou não

O comprimento de cravação real às vezes difere do previsto na sondagem, levando a duas situações Necessidade de corte Necessidade de emenda

Estacas Pré-Moldadas de Concreto

Vantagens Boa qualidade do concreto Segurança a passagem através de

camadas muito moles Podem ser cravadas até níveis abaixo

do nível d’água

Desvantagens Vibrações no terreno. Não atravessam camadas resistentes. Necessidade de boa definição da

camada resistente, para evitar-se corte ou emendas (custo).

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Estacas Pré-Moldadas de Concreto

Manipulação e Estocagem Fabricada em segmentos (4

a 12 m) Requerem armaduras

especiais para içamento

Estocagem (pelos quintos)

Pontos de suspensão (pelos quintos)

Içamento (pelo terço)

Estacas Pré-Moldadas de Concreto

Emenda por solda

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Estaca Prensada (Mega)

Sistema de introdução de cilindros de aço ou concreto sob a fundação existente.

Trabalhos realizados a partir de acessos escavados até cerca de 1,5 m abaixo da fundação original.

Elementos cravados por prensagem através de um cilindro (macaco) hidráulico que toma como base (reação) a fundação existente, a capacidade de carga aumenta a cada aplicação dos elementos.

Estaca Prensada (Mega) Para a cravação dessas estacas emprega-se uma

plataforma com sobrecarga ou a própria estrutura como reação.

Necessário que o terreno suporte a carga de reação.

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Estaca Prensada (Mega)

Fundações indiretas

Estacas de madeira

Estacas de aço

Estacas de concreto pré-moldadas

Estacas de concreto moldadas in loco

Broca

Strauss

Franki

Hélice contínua/Ômega

Barrete/Estacão e raiz

Tipos de Estaca

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Estaca Broca

São executadas “in loco” sem molde. Casos com baixa intensidade de

cargas Terrenos com menor capacidade

superficial Escavada com trado e preenchida com

concreto Φ da broca – entre 15 e 30 cm (usual

– 20 cm) Broca do trado é composto de 4 facas Acoplado a tubos de aço galvanizado

Estaca BrocaSequência executiva

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Estaca Broca

Limitação: Só pode ser executada acima do lençol freático Não tem garantia de verticalidade Há perigo de mistura solo-concreto Baixa capacidade de carga (geralmente 4 a 5 tf) Comprimento máximo ≈ 6 m (comum: 3,0 a 4,0 m)

– Nspt até 8 aprox.. Trabalha apenas a compressão (as vezes utiliza-se

uma armadura para fazer a ligação com outros elementos)

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Estaca Strauss

Fundação de concreto simples ou armado, moldada in loco e executada com revestimento metálico recuperável.

Profundidade: até 24 m Acima do lençol freático Diâmetro: 30 a 45 cm (usual) Qualidade depende da

execução

Sonda

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Estaca Strauss

Pontos Fortes Limitação

Pode ser empregada em terrenos acidentados devido a simplicidade do equipamento utilizado.

Capacidade de carga < estaca Franki e pré-moldadas de concreto

Baixa produtividade se comparada às escavadas com trado mecânico

Limitada ao nível do lençol freático

Estaca Strauss

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Estaca Franki

Desenvolvida pelo eng. belga Edgard Frankingnoul na década de 1910.

Apresentava qualidade e custo vantajoso, devido comprimentos menores (base alargada).

Alto grau de atrito lateral Melhoramento do terreno Profundidade até 18m Φ 30 a 60 cm Causa vibração

Estaca Franki

Pilão

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Estaca Franki

Estaca FrankiSequência executiva

• Standard• Cravada com ponta aberta

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Estaca FrankiSequência executiva• Mista (Fuste Pré-Moldado)

Estaca Franki

Caso exista uma camada de argila orgânica mole saturada: Alternativa 1: Cravar o tubo até solo firme e encher o mesmo com areia

Arrancar o tubo e tornar a cravá-lo no mesmo lugar.

Observação: isso irá formar uma camada de areia que irá aumentar a resistência da argila mole, protegendo o concreto fresco do “estrangulamento”.

Alternativa 2: após a cravação do tubo, execução da base e colocação da armação, encher inteiramente o mesmo com concreto plástico (slump 8 a 12 cm).

Em seguida, o mesmo é retirado de uma só vez com o auxílio de um equipamento vibrador acoplado ao tubo.

A este processo executivo dá-se o nome de estaca Franki com fuste vibrado.

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Pontos Fortes Pontos Fracos

Grande capacidade de carga

Podem ser executadas a grande profundidade

Não são limitadas pelo lençol freático

Alta vibração do solo durante a execução

Grande área necessária para o bate estacas

Estaca Franki

Estaca Escavada

Seção circular (Φ 20 a 200 cm) Escavação mecânica com equipamento

rotativo Uso de lama bentonítica Concretada com uso de tremonha Profundidade: 30 a 70 m Cuidar com solos moles

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Estaca Escavada

Estaca EscavadaTipos de Brocas

Trado helicoidal Caçamba

Cortante dentada

Coroa rotativa

Martelo piteira

Mesa rotativa que aciona uma haste telescópica que tem em sua extremidade inferior a broca de perfuração

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Estaca Escavada

Estaca Raiz

Têm particularidades que permitem sua utilização em casos em que os demais tipos de estacas não podem ser empregadas. Não produzem choques nem vibrações Há ferramentas que permitem executá-las através de obstáculos

tais como rocha ou peças de concreto (penetração em rocha) Os equipamentos são de pequeno porte, o que possibilita o

trabalho em ambientes restritos Podem ser executadas na vertical ou em qualquer inclinação.

Essas características fizeram praticamente eliminar as estacas tipo Mega do mercado.

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Estaca Raiz

Microestaca

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Hélice Contínua

Profundidade de até 32 m Φ até 120 cm e 700tf Baixo grau de ruído e vibração Perfuração em solos pouco

coesos Perfuração abaixo do nível da

água Controle a partir do torque

Hélice Contínua

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Hélice Contínua

Armadura colocada posteriormente à concretagem – slump alto –armadura até 12m ok – cuidar acima disso.

Na introdução da armadura – cuidar com verticalidade – perfuração da estaca.

Versátil, rápida execução (400m por dia), sobreconsumo de até 30%, variações de seção (bulbos), 90 dias para mobilização.

Característica Unidade

Consumo de Cimento > 400 kg/m3

Slump Test 22 ± 3 cm

Fator água/cimento < 0,6

% argamassa em massa > 55%

fck > 20MPa

Hélice Contínua

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Hélice Contínua

Estacas Ômega

Ômega Profundidade de até 25 m Φ até 30 a 60 cm 2000 kN Baixo grau de ruído e vibração Perfuração em solos pouco coesos Perfuração abaixo do nível da água Controle a partir do torque

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Estacas Ômega