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FUNDAÇÕES PROFUNDAS • Introdução • Critérios de escolha • Capacidade de carga • Fundação que transmite a carga pela base (resistência de ponta), pela superfície lateral (resistência de fuste), ou pela combinação das duas. Como podemos definir fundações profundas? • Como estamos nos referindo a fundações PROFUNDAS, incluímos aqui as estacas e os tubulões (e caixão)! Viga alavanca: - Ligação de blocos em pelo menos 1 (bloco de 2 estacas) ou 2 direções (bloco de 1 estaca); - Absorver o Mf (excentricidades) devido à diferença entre o eixo do pilar e o eixo das estacas. Bloco de coroamento: - Elementos estruturais; - Topo das estacas; - Parte da estaca embutida em seu interior (cota de arrasamento); - Transmitir as cargas dos pilares para as estacas. https://repositorio.ufpe.br/bitstream/123456789/29623/1/DISSERTAÇÃO%20Ferna nda%20Calado%20Mendonça.pdf – Dimensionamento de bloco de coroamento https://nelsoschneider.com.br/bloco-de-coroamento/ - idem Blocos de coroamento Isolada Conjunto • Menor bloco possível; • Formação de estacas que promova o menor quant. escavações; • Estacas de um mesmo bloco com mesmo diâmetro. Quando utilizamos fundações profundas? • Solos superficiais sem capacidade de suporte a elevadas cargas; • Solos sujeitos a erosão; • Previsibilidade de escavação futura nas proximidades da obra. Estacas Deslocamento do solo Deslocamento do solo GrandeGrande SemSem PequenoPequeno ExecuçãoExecução Moldada in locoMoldada in loco Pré-moldadaPré-moldada FuncionamentoFuncionamento De pontaDe ponta MistaMista De atrito ou flutuanteDe atrito ou flutuante CarregamentoCarregamento CompressãoCompressão FlexãoFlexão TraçãoTração Como as estacas podem ser classificadas? Como escolhemos o tipo de estaca ideal? • Nível de cargas nos pilares; • Outros esforços além da compressão (tração e flexão); • Acesso ao terreno de equipamentos (topografia); • Limitação de altura para instalação de equipamentos; • Custo em função da distância da obra e deslocamento; • Características das fundações vizinhas; • Características do solo. • Solos muito argilosos e com nível de água elevado dificultam execução de escadas moldadas in loco; • Solos muito resistentes dificulta cravação de estacas pré-moldadas; • Presença de matacões dificulta qualquer tipo de estaca; • Aterro sob camada de solo mole atrito negativo. Relembrando... Carga da edificação Carga de ruptura ou capacidade de carga ( ) Força resistente última Carga admissível ( ) Método dos valores admissíveis (item 3.30 NBR 6122) F ou σ característica de ruptura (última) Fator de segurança global 𝐚𝐝𝐦 𝐤 Leva a ruptura Resiste com segurança (tensão de trabalho) Roteiro de dimensionamento... Tensão de trabalho Tipo de estaca Dimensões da estaca Sondagem (SPT) Capacidade de carga Tensão admissível Espaçamento entre estacas Número de estacas por bloco Momento fletor em blocos de coroamento • Definida como a força aplicada sobre o elemento de fundação que provoca apenas recalques que a construção pode suportar sem inconvenientes, oferecendo simultaneamente segurança satisfatória contra a ruptura do solo ou do elemento de fundação. • Provas de carga (NBR 6489 e 12131); • Métodos semiempíricos: método de Aoki-Velloso (1975), método de Décourt-Quaresma (1978). Métodos Pr = Pf + Pp Rf * Critérios do método Capacidade de cargas ou de ruptura Rp * Critérios do método Relaciona os ensaios (SPT, CPT...) com as tensões admissíveis ou resistentes de cálculo. a) Método Décourt-Quaresma Fator de conversão tabelado Coef. em função tipo estaca Área ponta Perímetro da seção transversal do fuste SPT médio lateral (<50) Comprimento da estaca Média do Nspt na ponta (acime e abaixo) Coef. em função tipo estaca Método desenvolvido exclusivamente a partir de ensaios SPT originalmente para estacas pré-moldadas de concreto, sendo estendido posteriormente para outros tipos de estacas (Schnaid, 2000). MPa Tipo de solo Estacas escavadas com lama betonítica Estacas pré-moldadas de concreto, metálica, Strauss, Franki 0,0100,012Argilas 0,0120,020Siltes argilosos 0,0140,025Siltes arenosos 0,0200,040Areias Para as estacas pré- moldadas, metálica e Franki, ambos os coeficientes igual a 1. b) Método Aoki-Velloso • K Coeficiente de conversão da resistência para Nspt • F1, F2 Coeficiente de correção de resistência de ponta • β Relação entre as resistências de ponta e lateral do ensaio de penetração estática • N Resistência à penetração dinâmica obtida no ensaios SPT Comprimento dos segmentos onde é constante Originalmente desenvolvido a partir de resultados obtidos em ensaios de penetração estática (cone), sendo possível a sua utilização a partir de ensaios de penetração dinâmica (SPT) por meio da utilização de um fator de conversão (K). Valores dos coeficientes K e Valores dos coeficientes F1 e F2 Eng. Paulo Frederico de Figueiredo Monteiro - Gerente Técnico. Resumo do cálculo de Área (Ap) e Perímetro (U) para ambos os métodos de acordo com o tipo de estaca Carga admissíveis das estacas Para estacas Franki, pré- moldadas ou metálicas Para estacas escavadas com a ponta em solo: • Definida como a menor carga necessária para provocar a ruptura do solo, ou do elemento estrutural. b) Método Aoki-Vellosoa) Método Décourt-Quaresma Ponta em rocha Adota MENOR valor. Hélice contínua Tipo Franki Tipo Strauss Tipo broca Pré-moldada de concreto Cravada de aço Espaçamento entre as estacas • Espaçamento entre estacas - Pré-moldada: - Moldada in loco: • Espaçamento à divisa - e = - a = ∅ • Quando pilares em divisa Excentricidade, nesse caso, conhecida! Estaqueamento • Estaqueamento é definido como qualquer conjunto de duas ou mais estacas destinadas a receber a carga proveniente da estrutura e transmiti-la ao solo de fundação pelos mecanismos já descritos anteriormente. • Para o caso do centro de carga coincidir com o centro do estaqueamento, o número de estacas do estaqueamento pode ser calculado como: CC = CG • Convém multiplicar a carga do pilar por 1,10 a fim de ser considerado no cálculo o peso próprio do bloco; • O número de estacas deve ser aproximado para número inteiro mais próximo; • É indicado n ≥ 3, para que o bloco tenha rigidez em relação a dois eixos ortogonais; • Porém, se n ≤ 3, deve existir algum elemento estrutural que confira rigidez suficiente na direção mais fraca, como por exemplo, uma viga alavanca; • Deve-se evitar blocos com mais de 5 ou 6 estacas, por questões econômicas. Porém estruturalmente é permito, conforme disposição de Alonso (1983). Veja... Você já definiu até o momento muitas variáveis importantes para o dimensionamento. Agora você já sabe quantas estacas cada bloco de coroamento possui, mas é preciso saber como essas estacas devem estar espaçadas e distribuídas, mesmo no bloco! Para isso você tem algumas opções disponíveis na literatura: - Tabela 4.15 de Alonso – espaçamento entre estacas; - Tabela A – distribuição das estacas no bloco. No geral, a REGRA é: distribuir as estacas de modo que o CC=CG, ou seja, centro do bloco = centro do pilar No geral, a REGRA é: distribuir as estacas de modo que o CC=CG, ou seja, centro do bloco = centro do pilar Evitar torção (momento fletor) • Você sabe: Nº estacas; Dimensões; Carga admissível. Espaçamento mínimo A Tabela 4.15 apresenta uma sugestão, é necessário ser confirmado o respectivo espaçamento caso a caso. Estaqueamentos padronizados compostos por até 6 estacas (Alonso, 1983) Estaqueamentos padronizados compostos de 7 a 8 estacas (Alonso, 1983) Algumas recomendações... Se tem espaçamento entre as estacas, também terá entre estacas de blocos diferentes! Sempre que possível, posicionar as estacas no sentido da maior direção do pilar. Blocos com duas estacas para dois pilares, deve ser evitado posicionara estaca embaixo dos pilares! É recomendável que para blocos de até duas estacas ocorra a sua amarração com outros blocos da obra. 1 2 3 4 Carga do pilar Momento em x/y transmitido pelo pilar Distância do eixo do bloco ao eixo da estaca em ambas as direções Número de estacas E se houver, além da carga vertical, momento fletor atuando nos blocos? • A carga atuante em cada estaca é calculada somando-se separadamente os efeitos da carga vertical e dos momentos. • Necessário que: eixos x e y sejam os eixos principais de inércia e estacas verticais, do mesmo tipo, diâmetro e comprimento. Método de Engesser-Courbon Quando em concreto • Apenas compressão concreto (exceto se ligada a bloco); • Tensões > Tabela 4 armadura. SUGESTÃO PASSO-A-PASSO 1. Verificar tipo de estaca e dimensão; 2. Calcular o perímetro (U) e área da seção (Ap) – ou verificar Tabela, caso tenha disponível; 3. Determinar os coeficientes F em função do tipo de estaca; 4. Determinar os coeficientes “K” e “α” em função do tipo de solo – Dica: transformar MPa em kN/cm² (÷ 10); 5. Determinar a Resistência de ponta Décourt- Quaresma Aoki- Velloso 6. Determinar a Resistência lateral Aoki- Velloso Décourt- Quaresma 7. Carga de ruptura (Pr) 8. Carga admissível (Padm) Exercitando o cérebro... 1) Você foi contratado para elaborar o projeto de fundações de uma edificação comercial. Com base em seu conhecimento, você optou por utilizar como fundação a estaca escavada sem lama betonítica de 25 cm de diâmetro. * Testar Método de Aoki-Velloso e Décourt-Quaresma. Após conclusão do dimensionamento em software, você achou pertinente conferir manualmente o pilar 14 da edificação, cuja carga soma 900 kN. Assim, com base nas informações e perfil do solo: a) Determine a capacidade de carga; b) Número de estacas; c) Distribuição e espaçamento das estacas no bloco de coroamento. d) Carga das estacas se Mx = 100 kN.m e My = 120 kN.m Projeto estrutural P14 2) Determine as cargas resistente e admissível das seguintes estacas: a) Estaca raiz, 40 cm de diâmetro; b) Estaca Franki, 40 cm de diâmetro; c) Estaca Stauss, 40 cm de diâmetro; d) Pré-moldada de concreto com 20 x 20 cm; e) Aço tipo trilho TR57. Determine também o número de estacas e respectiva distribuição considerando que a carga do pilar é 1200 kN, sem momento fletor atuante. * Testar Método de Aoki-Velloso e Décourt-Quaresma. Areia fina a média argilosa 51 22 33 24 45 Argila arenosa 86 97 98 Areia Argilosa 149 1610 2111 2012 2513 3014 3715 Silte argiloso 3716 5017 5118 Perfil de sondagem 1 2 3 4 5 6 3) Nas estacas da figura ao lado, compreendidas em um bloco de coroamento, estão atuando as seguintes cargas (foi considerado na cota de arrasamento): - P: 8000 kN - Mx: + 750 kN.m - My: + 1800 kN.m Ciente das informações e sabendo que pode ser desprezado o peso próprio do bloco, calcule a carga atuante em todas as estacas. Resposta: