Estacas

Transcrição

Estacas

UNIVERSIDADE: _____________________
Curso: ________________________
Fundações Profundas:
“Estacas”
Aluno:
_____________________________
Professor:
Disciplina:
Professor Douglas Constancio
Fundações I
Data:
Americana, junho de 2004.
RA: __________
____________________________________________________________________________________
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio
0
ESTACAS:
01 – CONSIDERAÇÕES GERAIS:
São consideradas como elementos estruturais e podem ser:
♦ Madeira
♦ Aço
♦ Concreto
Podem ser armadas ou não.
São dimensionadas para suportar cargas verticais, horizontais e inclinadas.
02 – DEVEM SER UTILIZADAS QUANDO:
(considerações de norma)
a - Transmitir as cargas de uma estrutura através de uma camada de solo de baixa
resistência ou através de água, até uma camada de solo resistente que garanta o apoio
adequado. A forma de trabalho das estacas assemelha-se aos pilares de uma estrutura.
b - Transmitir a carga a uma certa espessura de solo de resistência não muito elevada,
utilizando para isso o atrito lateral que se desenvolve entre o solo e a estaca.
c - Compactar solos granulares para aumentar a capacidade de carga desses solos.
d - Proporcionar escoramento lateral a certas estruturas ou resistir a forças laterais que se
exerçam sobre elas (como o caso de pontes), nesses casos é comum utilizar estacas
inclinadas.
e - Proporcionar ancoragem a qualquer efeito que tenha a tendência de “levantar” a
estrutura (estaca de tração).
f - Alcançar profundidades onde não tenha a ocorrência de erosão ou outro efeito nocivo
que comprometa a estabilidade da estrutura.
g - Proteger estruturas marítimas contra o impacto de navios ou outros objetos flutuantes.
03 – CLASSIFICAÇÃO DAS ESTACAS:
a - Quanto à forma de trabalho:
• Estaca de ponta: Capacidade de carga se dá com o apoio direto a uma camada
resistente.
• Estaca de atrito: Capacidade de carga se dá através do atrito lateral, produzido
contra o solo adjacente.
• Estaca mista: Utiliza os dois efeitos acima.
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1
b - Forma de instalação no terreno:
• Cravação
• Escavação ou perfuração do terreno
• Reação ou prensagem
• Injeção d’água
04 – TIPOS DE ESTACAS:
Podem ser (quanto ao material):
Categorias:
a – madeira
b – concreto
c – Aço
d – Mista:
Madeira + concreto
Concreto + Aço
a – Estacas pré-moldadas:
Madeira
Aço
Concreto
b – Moldada in loco
c – Mistas (fundamentalmente pré-moldadas).
05 – CARACTERÍSTICAS DAS ESTACAS:
Neste capítulo estaremos abordando as características técnicas e executivas das estacas
usualmente empregadas em nosso mercado de trabalho, sendo que algumas serão
detalhadas num capítulo especial denominado de fundações especiais.
Estacas pré-moldadas:
Estacas de madeira:
•
•
•
São utilizadas sempre abaixo do nível d’água do subsolo.
Duração ilimitada abaixo do N.A., pois não sofrem o ataque de organismos aeróbios
e organismos inferiores, que delas se alimentam, causando seu apodrecimento.
Permitem uma emenda fácil, como pode ser visto abaixo.
Esquema tradicional de emendas
Esquema de proteção
Anel metálico
Chapa de aço
Parafuso com rosca
e porca
Ponteira
metálica
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2
Madeiras mais utilizadas são:
• Eucalipto
• Aroeira
• Peroba do campo (rosa)
Diâmetros usuais:
• 25 cm
• 30 cm
• 35 cm
• 40 cm
}
Diâmetros aparentes.
Comprimento disponível de 4 á 10 metros com
possibilidade de emendas.
O diâmetro da estaca de madeira é determinado pela fórmula empírica.
d = do + 0,02 x l
Onde:
do = diâmetro (de tabela)
l = comprimento
Cargas de trabalho x diâmetro:
Ø (cm)
25
30
35
40
C.T. (tf).
28
33
38 (*)
45 (*)
(*) São consideradas
especiais.
Desvantagens:
• Dificuldade de encontrar.
• Só para ser utilizada abaixo do N.A.
• Ataque por microorganismos quando utilizada acima do N.A.
• Limitações de carga.
• Alto custo.
Vantagens:
• Facilidade de emendas.
• Duração ilimitada quando utilizada abaixo do N.A.
• Oferece grande resistência a solicitação oriunda de levantamentos e transportes.
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3
Estacas Metálicas:
Estas estacas no Brasil possuem 03 categorias:
• Perfis (novos)
• Trilho de trem (usados)
• Tubos (novos ou usados)
Perfis: Podem ser utilizados isolados ou soldados como pode ser visto abaixo, formando a
área que precisamos.
Solda
Perfil I
Perfil I
Solda
Tubos: Podem ser preenchidos de concreto ou não e também podem ser cravados com a
ponta aberta ou fechada.
Trilhos:
São conhecidos como estacas “TR”. São trilhos de ferrovias que não servem mais como
rolamento, ou seja, perdera 10% de seu peso original, os quais possuem uma ótima
utilização como elemento de fundação profunda.
Podem ser utilizados isoladamente ou conjugados como podem ser vistos abaixo.
DESENHO pág. 6
TIPOS PRINCIPAIS DE TRILHOS DISPONÍVEIS NO MERCADO:
Dimensões
DESENHO pág. 6
Trilhos
TR - 37
TR – 45
A
122,2
142,9
B
122,2
130,2
C
62,7
65,1
D
13,5
14,3
TR – 50
TR - 67
152,4
168,3
136,5
139,7
68,2
69,0
14,3
15,9
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4
Desvantagens:
• Falta de conhecimento técnico do produto
• Poucos fornecedores
Vantagens:
• Não fissuram – não trincam – não quebram.
• Fácil descarga e manuseio.
• Custo do frete mais barato em vista de seu peso.
• Pouca vibração de cravação.
• Facilidade de emendas.
• Podem ser utilizadas em galpões com altura de até 4,00 metros.
• Elevada resistência à flexão e compressão.
ESTACAS DE CONCRETO (UM CAPÍTULO A PARTE):
{
Tipos:
Pré – moldadas
Desprezamos a ponta.
e
Moldadas in Loco
Estacas curtas:
L ≤ 10 m
Estacas longas:
L > 10 m
L
____________________________________________________________________________________
5
____________________________________________________________________________________
6
____________________________________________________________________________________
____
________________________________________________________________________________
7
1 – Estacas Pré-moldadas de Concreto:
São segmentos de concreto armado ou protendido com seção quadrada, ortogonal, circular
vazadas ou não, cravada no solo com o auxílio de bate estacas.
Detalhe típico de uma emenda.
Este tipo de emenda deve ser utilizado em estacas onde além dos esforços de compressão
atuam também os esforços de tração e flexão.
É feita a superposição dos elementos, já com as luvas ancoradas nos mesmos, aplicando-se
a solda em todo o contorno da emenda.
____________________________________________________________________________________
8
____________________________________________________________________________________
9
Desvantagens:
• Dificuldades de transporte.
• Devem ser armadas para levantamento e transporte.
• Limitadas em seção e comprimento, devido ao peso próprio.
• Dificuldade de cravação em solos compactos, principalmente em areais compactas.
• Danos na cabeça quando encontra obstrução.
• Cortes e emendas de difícil execução.
• Exige determinação precisa de comprimento.
Vantagens:
• Duração ilimitada quando abaixo do N.A.
• Boa resistência aos esforços de flexão e cisalhamento.
• Boa qualidade do concreto (pois é confeccionada em fábricas apropriadas).
• Diâmetro e comprimento precisos.
• Controle do concreto feito em laboratório.
• Boa capacidade de carga.
2 – Estaca Mega:
São conhecidas também como estacas de reação, sua utilização é feita para reforçar
fundações e também em locais onde não podemos admitir vibrações.
0,50 m
São segmentos curtos, cravados um após o
outro, justaposto por meio de um macaco
hidráulico que reage contra um peso que
pode ser a própria estrutura a ser reforçada.
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10
Vazio ∅ = 5cm
0,50m
0,20m
0,20m
Estrutura a ser
reforçada
Cabeça (elemento de concreto ou chapa metálica)
Macaco hidráulico
Estaca Mega
Reação
0,50m
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3 – Estacas de Concreto Moldadas “In Loco”:
a - Estaca de Broca Manual:
São executadas com o auxílio de um trado manual do tipo espiral ou cavadeira, em solos
coesivos e sempre acima do N.A.
Diâmetros:
6” = 15 cm Æ 5 Ton
8” = 25 cm Æ 10 Ton
Comprimentos: 5.0 a 6.0 metros.
Desvantagens:
• Concreto feito a mão (baixa qualidade).
• Material de escavação mistura com o concreto.
• Só pode ser executada em solos coesivos.
• Só pode ser executada acima do N.A.
Vantagens:
• Elimina transporte de equipamento.
• Facilidade de execução.
• Baixo Custo.
Armadura
Concreto
Bulbo ou
cebola
Bulbo "utiliza
concreto apiloado".
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b - Estaca tipo Strauss:
São estacas moldadas “in loco”, executadas com revestimento metálico recuperável, de
ponta aberta, para permitir a escavação do solo. Podem ser em concreto simples ou armado.
Como são estacas muito utilizadas no mercado da Construção Civil estamos colocando
abaixo as características das mesmas, sugeridas pela APEMOL (Associação Paulista de
Empresas Executoras de Estacas Moldadas no Local, do Sistema Strauss – 1979).
Desvantagens:
• Não pode ser executada abaixo do N.A.
• Concreto de baixa qualidade (feito à mão).
• Muita lama proveniente escavação.
• Execução lenta.
Vantagens:
• Simples Execução.
• Baixo Custo.
• Capacidade de carga e diâmetros diversos.
I – CARACTERÍSTICAS:
1.1 - Classificação
As estacas moldadas no local, tipo Strauss, são estacas executadas com
revestimento metálico recuperável, de ponta aberta, para permitir a escavação do solo.
Podem ser em concreto simples ou armado.
1.2 - Utilização
São usadas para resistir a esforços verticais de compressão, de tração ou ainda,
esforços horizontais conjugados ou não com esforços verticais.
1.3 - Disponibilidade
As estacas Strauss estão disponíveis no mercado com cargas e características
técnicas seguintes:
CAPACIDADE
DE CARGA (t)
DIÂMETRO
NOMINAL
(cm)
DIÂMETRO
INTERNO DA
TUBULAÇÃO
(cm)
DISTÂNCIA
MÍNIMA DO
EIXO DA
ESTACA A
DIVISA (cm)
20
30
40
60
90
25
32
38
45
55
20
25
30
38
48
15
20
25
30
35
NOTAS:
- Distância mínima entre eixos de estacas: 3 diâmetros nominais.
- Estacas sujeitas à tração estão sujeitas à armação (utilizar φnominal ≥ 32 cm).
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1.4 - Vantagens
As estacas Strauss apresentam vantagem pela leveza e simplicidade do
equipamento que emprega. Com isso, pode ser utilizada em locais confinados, em
terrenos acidentados ou ainda no interior de construções existentes, com pé direito
reduzido. O processo não causa vibrações, o que é de muita importância em obras que
as edificações vizinhas, dada a natureza do subsolo e de suas próprias deficiências,
sofreriam danos sérios com essas vibrações.
Por ser moldada no local, fica acabada com comprimento certo, arrasada na cota
prevista, não havendo perda de material nem necessidade de suplementação.
II – EQUIPAMENTO:
Consta de um tripé de madeira ou de aço, um guincho acoplado a motor a explosão ou
elétrico, uma sonda de percussão munida de válvula em sua extremidade inferior para
retirada de terra, um soquete com aproximadamente 300 quilos, linhas de tubulação de aço,
com elementos de 2,00 a 3,00 metros de comprimento, rosqueáveis entre si, um guincho
manual para retirada da tubulação, além de roldanas, cabos e ferramentas. (fig.1)
Fig. 1 - Descrição do Equipamento.
III – PROCESSO EXECUTIVO:
3.1 - Centralização da estaca
O tripé é localizado de tal maneira que o soquete preso ao cabo de aço fique
centralizado no piquete de locação.
3.2 - Início da perfuração
Com o soquete é iniciada a perfuração até a profundidade de 1,00 a 2,00 metros,
furo esse que servirá de guia para a introdução do primeiro tubo, dentado na
extremidade inferior, chamado "coroa". (fig.2)
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Fig. 2 - Início da Perfuração
3.3 - Perfuração
Com a introdução da coroa, o soquete é substituído pela sonda de percussão, a
qual, por golpes sucessivos vai retirando o solo do interior e abaixo da coroa, e a
mesma vai se introduzindo no terreno.
Quando estiver toda cravada, é rosqueado o tubo seguinte, e assim por diante,
até atingir uma camada de solo resistente e/ou que se tenha uma comprimento de
estaca considerado suficiente para garantia de carga de trabalho da mesma. A seguir,
com a sonda, procede-se à limpeza da lama e da água acumulada durante a perfuração.
(fig.3 e 4).
Fig. 3 - Colocação da Coroa.
Fig. 4 - Estaca perfurada.
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IV – CONCRETAGEM
4.1 - Nessa etapa, a sonda é substituída pelo soquete.
É lançado concreto no tubo em quantidade suficiente para se ter uma coluna de
aproximadamente 1 metro.
Sem puxar a tubulação apiloa-se o concreto formando uma espécie de bulbo. (fig.5)
Fig. 5 - Início da concretagem.
4.2 - Para execução do fuste, o concreto é lançado dentro da tubulação e, à medida que é
apiloado, esta vai sendo retirada com emprego de guincho manual. (fig.6, 7 e 8)
Para garantia da continuidade do fuste, deve ser mantida, dentro da tubulação durante o
apiloamento, uma coluna de concreto suficiente para que o mesmo ocupe todo o espaço
perfurado e eventuais vazios no subsolo.
Dessa forma o pilão não tem possibilidade de entrar em contato com o solo da parede da
estaca e provocar desbarrancamento e mistura de solo com o concreto.
Fig. 6 - Início do apiloamento.
Fig. 7
Fig. 8
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4.3 - A concretagem é feita até um pouco acima da cota de arrasamento da estaca,
deixando-se um excesso para o corte da cabeça da estaca.
4.4 - O concreto utilizado deve consumir, no mínimo 300 quilos de cimento por metro
cúbico e será de consistência plástica.
É importante frisar que a coluna de concreto plástico dentro das tubulações, por
seu próprio peso, já tende a preencher a escavação e contrabalançar a pressão do
lençol freático, se existente.
V – COLOCAÇÃO DOS FERROS
A operação final será a colocação dos ferros de espera para amarração aos blocos e
baldrames, sendo colocados 4 ferros isolados, com 2 metros de comprimento, que são
simplesmente enfiados no concreto. Os ferros servirão apenas para ligação das estacas
com o bloco ou baldrame, não constituindo uma armação propriamente dita.
Quando houver necessidade de colocação da armação para resistir a esforços outros que
não de compressão, devem-se tomar os seguintes cuidados:
a) A bitola mínima para execução de estacas armadas é 32cm;
b) Os estribos devem ser espaçados no mínimo 30 centímetros;
c) As armações serão sem emendas até 6 metros de comprimento, uma vez que os
tripés usuais têm 7 metros de comprimento;
d) Os estribos, sem ganchos, deverão ser firmemente amarrados aos ferros
longitudinais e, se possível, não havendo prejuízo ao aço, soldados;
e) O concreto deverá ser francamente plástico, para vazar através da armação.
Armação: os dados a seguir são limitações para se garantir a perfeita concretagem da
estaca.
Armações mais pesadas poderão ser usadas em casos especiais.
Diâmetro da
estaca
(cm)
32
38
45
55
Diâmetro
interno da
tubulação
(cm)
25
30
38
48
Diâmetro
externo do
estribo
(cm)
22
27
35
43
Diâmetro do
ferro do
estribo
Diâmetro do
ferro
longitudinal
Quantidade de
ferros
longitudinais
1/4"
1/4"
1/4" a 3/8"
1/4" a 3/8"
3/8" e 1/2"
1/2" e 5/8"
5/8" e 3/4"
5/8" e 1"
4
6
6
8
VI – PREPARO DA CABEÇA DA ESTACA:
Já a cargo do construtor, há necessidade de se preparar a cabeça da estaca, para a sua
perfeita ligação com os elementos estruturais.
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O concreto da cabeça da estaca geralmente é de qualidade inferior, pois ao final da
concretagem há subida de excesso de argamassa, ausência de pedra britada e
possibilidade de contaminação com o barro em volta da estaca.
Por isso, a concretagem da estaca deve terminar no mínimo 20cm acima da cota de
arrasamento.
A preparação ou "quebra" da cabeça das estacas, ou seja, a remoção do concreto
excedente deve ser feita com ponteiros, os quais devem ser aplicados verticalmente. O
acabamento da cabeça deverá ser feito com o ponteiro inclinado, para se conseguir uma
superfície plana e horizontal.
A estaca deverá ficar embutida 5 cm dentro do bloco ou baldrame. Quando se usa lastro
de concreto magro, abaixo do bloco ou baldrame, a cabeça da estaca deve ficar livre 5
cm acima do mesmo. (fig.9 e 10).
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c - Estaca tipo Franki: (Standard)
(Bucha Seca)
Esta estaca é executada, cravando-se no terreno um tubo de revestimento (posteriormente
recuperado), cuja ponta é fechada por uma bucha de brita e areia, a qual é socada
energicamente por um pilão ou soquete (peso de 1,0 a 3,0 ton).
Ver abaixo as fases de execução:
1ª ETAPA:
Tubo de revestimento
1,00m
Tampão de brita + areia
ou
Concreto magro
Pilão 1,0 a 3,0 ton.
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3ª ETAPA:
Vai sacando o revestimento e socando
o concreto com o auxilio do soquete.
Bulbo ou cebola
4ª ETAPA
Detalhe da estaca terminada
Armadura estribada
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Desvantagens:
-
Alto custo
Provoca muita vibração
Dificuldade de transporte de equipamentos
Espaço da obra deve ser grande para permitir o manuseio no canteiro, do equipamento
FRANKI.
Vantagens:
-
Suporta cargas elevadas
Pode ser executada abaixo do N. A.
∅cm
Carga máxima
tf
55
75
90
130
170
35
40
45
52
60
Armação mínima
4∅ 5/8"
4∅ 5/8"
4∅ 5/8"
4∅ 4/4"
4∅ 7/8"
Espaçamento entre
eixos (cm)
1,20
1,30
1,40
1,50
1,60
Cargas usualmente utilizadas nas estacas
VII – BLOCO DE CAPEAMENTO PARA ESTACAS:
-
As estacas devem ser dispostas de modo a conduzir a um bloco de dimensões mínimas
as cargas estruturais.
As dimensões são definidas em função do número de estacas e o diâmetro.
São consideradas dimensões mínimas
a- Bloco com 1 estaca:
1,10 x S
Só para cargas reduzidas, sempre
com travamento em 02 direções, no
mínimo, ideal travamento nas 04
direções.
1,10 x S
____________________________________________________________________________________
21
b- Bloco com 02 estacas:
C
C
Travamento lateral entre um bloco e
outro.
B
S
c- Bloco com 03 estacas:
S
S
Para utilizar em divisa
1,10xS ou B
C
S
C
S
d- Bloco com 4 estacas:
C
S
S
____________________________________________________________________________________
22
S
e- Bloco com 05 estacas:
S
C
S
1,41 x S
C
S
1,41 x S
f- Bloco com 06 estacas:
C
S
S
S
g- Bloco com 07 estacas:
C
S
Recomendação:
Limite máximo de estacas para um
único bloco
S
Valores de 'S' ou 'd'
a- Para estacas pré-moldadas: 2,5 x ∅
b- Para estacas moldadas in loco: 3,0 x ∅
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Valores de C e B
C=
φ
2
+ 15cm
B = φ + 2 × 15cm
Nota importante: As condições acima representam dimensões mínimas.
VIII – REFORMULAÇÃO DE BLOCOS DE ESTACAS
Quando uma estaca de um bloco não pode ser aproveitada, o bloco tem que ser reformulado
e deve atender:
a- Manter o centro de gravidade do bloco ou, no caso de não ser mantido, verificar a carga
na estaca mais carregada.
b- Manter o espaçamento mínimo entre estacas aproveitadas:
2,5 x ∅ para estacas pré-moldadas
3,0 x ∅ para estacas moldadas in loco
c- Manter uma distância mínima de 1,5 x ∅ entre qualquer estaca não aproveitada de uma
nova que a substituirá, porém sempre acima de 30cm.
d- Na reformulação não devem existir diâmetros diferentes de estacas.
Exemplo:
Admitir:
Estaca quebrada
Estaca já cravada
Estaca a ser cravada
a - Caso de quebra da 1ª estaca a ser cravada
____________________________________________________________________________________
24
b- Caso da primeira estaca já estar cravada e a segunda estaca quebra
c- Caso de estar cravada duas estacas e quebrar uma terceira
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IX – CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS
1- Fórmulas teóricas
2- Métodos empíricos
a- Método Aoki - Velloso - 1975
b- Método Decourt - Quaresma - 1978
c- Método Velloso - 1991
Lembrança
É verdade que experiência em fundações não se transfere, mesmo que
se queira, mas adquire-se na vida prática pela vivência.
Também é importante se Ter bons mestres, como tudo na vida.
CAPACIDADE DE CARGAS NAS ESTACAS
a- Método Decourt-Quaresma
PU
Rl
Onde:
PU = capacidade de carga da estaca
Rl = Resistência lateral por atrito ao longo do fuste
RP = Resistência de ponta
PU = Rl + RP
RP = qp × Ap Æ Resistência de ponta
qp = k × N p Æ Capacidade de carga do solo junto à
ponta da estaca
k = fator característico do solo
RP
TIPO DE SOLO
ARGILA
SILTE ARGILOSO
SILTE ARENOSO
AREIA
K (kN/m2)
120
200
250
400
K (tf/m2)
12
20
25
40
Np = SPT médio na ponta da estaca, obtido com os valores de SPT correspondentes ao
nível da ponta da estaca, o imediatamente anterior e o imediatamente posterior.
Ap = Área da seção transversal de ponta
Rl = ql ⋅ Sl = resistência lateral
____________________________________________________________________________________
26
Sl = área = 2 ⋅ π ⋅ R ⋅ H = área de contato ao longo do fuste
Onde: R = raio da estaca
H = altura da estaca
ql = 10 ⋅ (
Nl
+ 1) = Adesão média ao longo do fuste
3
N l = Valor médio se SPT ao longo do fuste, sem levar em conta aqueles utilizados no
cálculo de ponta.
NOTA IMPORTANTE:
Quando:
N ≤ 3 adotar 3
N ≥ 50 adotar 50
N = SPT
Finalmente temos:
PU =
Rl Rp
+
1,3 4,0
(kN ou tf)
Fatores de Segurança
b- Método AOKI-VELLOSO
PU
Δl
PU = RP + Rl
Sendo:
PU = capacidade de carga total
RP = resistência de ponta
Rl = resistência lateral
Rl
R=
PU
2
Sendo: R = capacidade de carga
admissível
2 = coeficiente de segurança
RP
____________________________________________________________________________________
27
Cálculo da resistência de ponta - RP
Rp = Rp × Ap ou
rp × Ap
rp =
k × Np
F1
Np = SPT da camada de apoio da estaca
k = coef. do solo (tabela)
F1 = coeficiente do tipo de estaca (tabela)
Ap = Área da ponta da estaca.
Cálculo da resistência lateral - Rl
Rl = ΣU × Δl × rl
rl =
α × k × Nl
F2
α = coeficiente do solo (tabela)
F2 = coeficiente do tipo de estaca (tabela)
Nl = SPT da camada (Δl)
U = perímetro da estaca
Tabela n°1
Coeficiente F1 e F2
Tipo da estaca
FRANKI
METÁLICA
PRÉ-MOLDADA DE CONCRETO
F1
2,50
1,75
1,75
F2
5,0
3,5
3,5
Tabela n°2
Coeficiente K E α
TIPO DE SOLO
AREIA
AREIA SILTOSA
AREIA SILTO-ARGILOSA
K (MN/m2)
1,00
0,80
0,70
α (%)
1,4
2,0
2,4
____________________________________________________________________________________
28
AREIA ARGILOSA
AREIA ARGILO-SILTOSA
SILTE
SILTE ARENOSO
SILTE ARENO-ARGILOSO
SILTE ARGILOSO
SILTE ARGILO-ARENOSO
ARGILA
ARGILA ARENOSA
ARGILA ARENO SILTOSA
ARGILA SILTOSA
ARGILA SILTO-ARENOSA
0,60
0,30
0,40
0,55
0,45
0,23
0,25
0,20
0,35
0,30
0,22
0,33
3,0
2,0
3,0
2,2
2,8
3,4
3,0
6,0
2,4
2,8
4,0
3,0
X – DIMENSIONAMENTO DAS ESTACAS
1. Pilar isolado
n = 1,10 ×
ONDE:
P
Pe
n = numero de estacas
P = carga do pilar
P e = carga de trabalho da estaca
1,10 = coeficiente onde leva em conta o peso próprio da estaca
2. Pilar de divisa
e=a−
b0
− 2,5 cm
2
ONDE: bo = menor dimensão do pilar
R1 = P1 ×
l
l −e
n1 = 1,10 ×
R1
Pe
Δ P = R1 − P1
n2 = 1,10 ×
onde: R2 = P2 −
ΔP
2
R2
Pe
____________________________________________________________________________________
29
a
c
S
S
P1
P2
l
P1
P2
R1
R2
OBSERVAÇÕES:
a- Devido ao formato e as dimensões dos equipamentos de cravação das estacas, deve-se
respeitar uma distância mínima do centro da estaca a divisa a. Onde a é característica do
fabricante (tabelado).
b- Até um numero de 04 estacas na divisa, podem ser alinhadas, minimizando o valor
da excentricidade.
c- Não podemos utilizar ∅ diferentes de estacas em um mesmo bloco.
____________________________________________________________________________________
30
3- Associação de pilares próximos
Quando temos a necessidade da associação de dois ou mais pilares num mesmo bloco devese promover a coincidência do ponto de aplicação da resultante das cargas com o centro de
gravidade do bloco.
l
C.G.
x
X =
P2 × l
P1 + P 2
n = 1,10 ×
P1 + P 2
Pe
____________________________________________________________________________________
31
Exercícios de cálculo de capacidade de carga de estacas
Exercício n°1
Dado o perfil de sondagem abaixo:
Pede-se: calcular a capacidade de carga para uma estaca tipo Strauss com um comprimento
nominal de 7,00m; Diâmetro = 38cm, utilizando o método de DECOURT-QUARESMA.
PROF. (m)
1
2
Rl
3
4
5
6
Rp
7
8
9
10
11
12
PU = Rl + Rp
Rp = qp × Ap
SPT
3
4
8
10
12
13
18
25
28
32
43
I.P.
DESCRIÇAO DO MATERIAL
Areia fina pouco siltosa, fofa
amarela clara
2,00
Areia fina siltosa,
Mediamente compacta,
Vermelha clara.
7,00
Silte argiloso compacto,
Amarelo escuro.
12,00
Resistência de ponta
qp = k × N p
18 + 13 + 25
Np =
= 18,6
3
π × d 2 π × 0,38 2
Ap =
=
= 0,113m 2
4
4
qp = 400 × 18,6 = 7440
Tabela para areia
Rp = qp × Ap = 7440 × 0,113 = 840,72 kN
Rl = ql × Sl
Resistência por atrito lateral
⎛ Nl ⎞
ql = 10 × ⎜⎜
+ 1⎟⎟
⎠
⎝ 3
3 + 4 + 8 + 10 + 12
Nl =
= 7, 4
5
⎛ 7, 4 ⎞
ql = 10 × ⎜
+ 1⎟ = 34,6kN / m 2 / m
⎝ 3
⎠
Sl = 2 × π × R × H = 2 × 3,14 × 0,19 × 5 = 5,96m 2
(Obs.: l - 2,0m = 5,0 m)
____________________________________________________________________________________
32
Rl = ql × Sl = 34,6 × 5,96 = 206,20 kN
PU = Rl + Rp
Rl Rp
PU =
+
1,3 4,0
206,20 840,72
PU =
+
= 368,80kN
1,3
4,0
Ou 36,88tf.
Exercício nº 2
Calcular a capacidade de carga da estaca; conforme características abaixo como mostra
perfil de sondagem.
PROF. (m)
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
SPT
5
7
8
12
22
25
40
Descrição do material
Argila arenosa
0,00
2,00
Areia siltosa
4,00
Silte arenoso
7,00
Limite da sondagem
Nota:
Dados:
Utilizar o método de cálculo de
Estaca Pré-moldada de concreto
Aoki - Velloso
∅ = 26cm = 0,26m
l = 6,0metros
Ap= 531cm2 = 0,05m2 = área
U = 82cm = 0,82m = perímetro
PU = Rp + Rl
Rp = Resistência de ponta
Rp = rp × Ap
K= tabela n°2 (silte arenoso) = 0,55
k × Np
rp =
Np= 25 golpes
F1
F1= tabela n°1 (estaca pré-moldada de
concreto) = 1,75
0,55 × 25
= 7,85MN / m 2 = 785 tf / m 2
1,75
Rp = 785 × 0,05 = 39,25t
rp =
____________________________________________________________________________________
33
Rl = Resistência lateral
Rl = ΣU × Δl × rl
α × k × Nl
rl =
F2
l
comprimento
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
-
α%
tabela 02
2,4
2,4
2,0
2,0
2,2
2,2
-
( MN/m2 = 100 tf/m2 )
K(MN/m2)
Tabela 02
0,35
0,35
0,80
0,80
0,55
0,55
-
Nl
SPT
5
7
8
12
22
25
-
F2
Tabela1
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
-
rl
1,20
1,68
3,66
5,48
7,60
8,64
Σ=
28,26tf/m2
Rl = 28,26 × 0,82 = 23,17 tf
PU = Rp + Rl
PU = 39,25 + 23,17 = 62,42 tf
PU 62,42
R=
=
= 31,2 tf
2
2
Exercício n°3
Dado o perfil de sondagem abaixo:
Prof (m)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
SPT
2
2
3
5
8
9
12
19
23
25
41
48
54
61
I.P.
Descrição do material
Argila silto arenosa mole,
vermelha clara.
3,00
Silte arenoso pouco
compacto a compacto,
amarelo claro.
N.A.=7,00
9,00
Areia fina argilosa muito
compacta, variegada
vermelha clara/escura.
15,00
____________________________________________________________________________________
34
Pede-se:
Calcular a capacidade de carga para uma estaca do tipo Franki com um comprimento
nominal de 10m e diâmetro de 0,42m, utilizando o método de DECOURT- QUARESMA e
o método de AOKI - VELLOSO.
U = 123 cm; A = 1385 cm2
Exercício de dimensionamento por estacas:
Exercício n°01
Dimensionar o pilar isolado abaixo, utilizando estacas pré-moldadas de concreto.
Dados: ∅ = 50 cm
25
Pe = PU: carga de trabalho = 90 tf
P = 65 tf
25
Definir seu bloco de capeamento.
1,10 × P 1,10 × 65
=
= 0,79 ; 1 estaca
Pe
90
S= 2,5 x ∅ = 2,5 x 0,50 = 1,25m
n=
S=1,25m
1,10 x 1,25 = 1,38 ∴1,40m
1,10S = 1,40 m
1,10S = 1,40 m
Exercício n°02
Dimensionar o pilar isolado abaixo utilizando estaca tipo pré-moldada de concreto
∅ = 30 cm
Pe = PU = 40 tf
60
40
P=200 tf
____________________________________________________________________________________
35
1,10 × P 1,10 × 200
=
= 5,5 ∴ 6 estacas
Pe
40
S = 2,5 x ∅ = 2,5 x 0,30 = 0,75 m
30
φ
+ 15 = 0,30m
c = + 15cm =
2
2
n=
2,10m
1,35m
C
S
S
S
Exercício n°03
Dimensionar o esquema abaixo, utilizando:
Estacas do tipo Pré-moldada de concreto
∅ = 35 cm;
PU= 55 tf
4,00
DIVISA
1,90
V.A.
1,00
P2=200 tf
P1=150 tf
.25
.25
0,025m
Dimensionamento do P1
bo
e=a−
− 0,025
2
a = 0,40m (tabela)
0,25
− 0,025 = 0,25m
e = 0,40 −
2
____________________________________________________________________________________
36
R1 =
4
l
× P1 =
× 1,50 = 159,9t
l −e
4 − 0,25
1,10 × P 1,10 × 159,9
=
= 3,19 ∴ 4 estacas
Pe
55
S= 2,5 x ∅ = 2,5 x 0,35 = 0,875m
35
φ
+ 15 = 32,5cm = 0,325m
c = + 15cm =
2
2
n=
C
S
S
3,30
S
a
0,75m
Dimensionamento de P2
ΔP
2
ΔP = R1 − P1 = 159,9 − 150
159,9 − 150
= 195,5tf
R 2 = 200 −
2
1,10 × P 1,10 × 195,5
n=
=
= 3,91∴ 4 estacas
Pe
55
1,55
R2 = P2 −
S
1,55
C
____________________________________________________________________________________
37
____________________________________________________________________________________
38
XI – COMPORTAMENTO DE GRUPO DE ESTACAS
____________________________________________________________________________________
39
Difere do comportamento de um estaca isolada, porque no grupo de estacas é maior
o recalque do que numa estaca isolada, devido ao efeito do bulbo de pressões das várias
estacas, resultando um bloco de pressões de dimensões maiores. Inclusive a capacidade de
suporte de um grupo de estacas é menor do que a soma das capacidades de cargas das
estacas consideradas isoladamente.
Æ Segundo a regra de Feld: Consiste em descontar 1/16 da eficiência de cada
estaca, para cada estaca vizinha a ela. O método de Feld não se refere a um grupo
específica de estacas.
Obs.: O método de Feld não leva em consideração a distância entre as estacas, e
pode ser equacionado da seguinte forma:
m
n ⋅ e + n2 ⋅ e2 + ... + nm ⋅ em
e= 1 1
=
n1 + n2 + ... + nm
∑n
i
⋅ ei
1
m
∑n
i
1
Bloco com 02 estacas:
e = 93,75 %
a-)
e = 91,67 %
b-)
e = 87,50 %
____________________________________________________________________________________
40
e = 81,25 %
e = 80,00 %
e = 77,00 %
e = 78,50 %
Onde e = Eficiência
Exemplo:
____________________________________________________________________________________
41
Determinar a eficiência de um bloco de seis estacas, segundo o Método de Feld:
e=?
Cálculos:
1a condição: 04 estacas com 03 estacas vizinhas; logo:
e=?
4 estacas ⇒
16 3 (vizinhas ) 13
−
=
≈ 82%
16
16
16
2a condição: 02 estacas com 05 estacas vizinhas; logo:
e=?
2 estacas ⇒
16 5 (vizinhas ) 11
−
=
≈ 69%
16
16
16
Portanto:
m
etotal
n ⋅ e + n2 ⋅ e2 + ... + nm ⋅ em
= 1 1
=
n1 + n2 + ... + nm
∑n
i
⋅ ei
1
m
∑n
=
4 ⋅ 82% + 2 ⋅ 69%
= 77%
4+2
i
1
____________________________________________________________________________________
42
Anexos:
Projeto Estacas 01
Projeto Estacas 02
____________________________________________________________________________________
43

Estacas

Transcrição

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