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Geotecnia de Fundações TC 041
Vítor Pereira [email protected]
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