Cálculo de Capacidade de Carga de Estaca de Concreto Pré-Fabricada, Exercícios de Mecânica dos Solos

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FUNDAÇÕES

MEMORIAL DE CÁLCULO

ESTACA DE PRÉ-FABRICADA DE CONCRETO

FUNDAÇÕES PROFUNDAS

Eng. Adriano de Aquino Paiva da Silva

SUMÁRIO

• 1. INFORMAÇÕES GERAIS
• 2. NORMAS UTILIZADAS
• 3. DIMENSIONAMENTO
• 3.1. MÉTODO AOKI E VELOSO
• 3.1.1. PARCELA DA PONTA
• 3.1.2. PARCELA POR ATRITO LATERAL
• 3.1.3. CARGA DE RUPTURA
• 3.2. MÉTODO TEIXEIRA..................................................................................................
• 3.2.1. PARCELA DA PONTA
• 3.2.2. PARCELA POR ATRITO LATERAL
• 3.2.3. CARGA DE RUPTURA
• 3.3. MÉTODO TEIXEIRA..................................................................................................
• 3.3.1. PARCELA DA PONTA
• 3.3.2. PARCELA POR ATRITO LATERAL
• 3.3.3. CARGA DE RUPTURA
• 3.4. CAPACIDADE DE CARGA MÉDIA
• 4. CÁLCULOS UTILIZANDO PLANILHA DE EXCEL......................................................
• 4.1. CAPACIDADE DE CARGA PARA A COTA DE 22 M.
• 4.2. CAPACIDADE DE CARGA PARA A COTA DE 21 M.
• 5. DETERMINAÇÃO DE QUANTIDADE DE ESTACAS
• 6. DETERMINAÇÃO DO EFEITO DE GRUPO
• 7. ANEXOS
• 7.1. VALORES PARA AOKI E VELLOSO
• 7.2. VALORES PARA DECOURT E QUARESMA
• 7.3. VALORES PARA TEIXEIRA

Características da Estaca Pré-Fabricada

A estaca utilizada será Pré-Fabricada de concreto vibrado, com diâmetro de 29 cm, e sua capacidade estrutural é de 500 KN, como indica a Tabela 01.

Tabela 01: Capacidade de Carga estrutural da estaca

3. Dimensionamento

A estaca pré-fabricada será apoiada a 22 m de profundidade, considerando uma cota de arrasamento de -2,0 m, o carregamento de projeto que será submetida é de 180 tf ou 1800 kN. Está carga é estipulada pelo projetista da edificação, que já levou em consideração todos os carregamentos permanentes e sobrecargas que a estrutura está sujeita.

3.1. Método Aoki e Veloso

 =
 +
      
 = ^ .  1

          
 = .  . .  2 . Δ

Para facilitar o dimensionamento as parcelas de resistência de ponta e atrito lateral são calculadas separadamente.

3.1.1. Parcela da Ponta Tabela 02: Características do Solo

 = ^ .  1

 =!. "29$^

'

 = 0,35 /0 → 350 2-'

 = 31 golpes

1 = 1,825 [0é − /  7 < 60]

 = 0,066052 350. 311,825 ⇒ 392,6 2

Camada 01

Camada 02

Camada 03

3.2. Método Decourt e Quaresma
 =
 +
      
 = . . ,@J?KL.            
 = . 10  M. ;,@é?KL 3 + 1=. Δ

Na parcela da ponta o ,@J?KL é considerado um SPT abaixo e um acima da ponta. Na parcela de atrito lateral desconsidera-se a camada da ponta.

3.2.1. Parcela da Ponta

 = . . .@J?KL. 

 =!. "29$^

'

,@J?KL = 23 + 31 + 34 3 = 29,33 N  O

 = 1,0 [PO   Q ]

3.2.2. Parcela por Atrito Lateral

 = . M  10. ;,@é?KL 3 + 1=. Δ

 =!. 29$10 &'^ = 0,911 -

Tabela 03: Características das camadas do Solo

Para este método o limitante do SPT é 3 ≤ N ≤ 50, como a primeira camada é inferior a 3, desconsidera-se a contribuição por atrito lateral.

 = 0,911. 10 RS1 ;8,6 3 + 1= 5T + S1 ;^143 + 1= 9TU ⇒ 640,4 2

3.2.3. Carga de Ruptura

A carga de ruptura total pelo método de Decourt e Quaresma será:

 =
 +

 = 503,69 + 640,4 ⇒ 1144 2 A carga de ruptura admissível segue a expressão abaixo.
, >?@ =
4  + 1,3
 ≤
BCDEFDFEG

, >?@ = 503,69 4 + 640,41,3 = 618,53 2

BCDEFDFEG = 500 2

∴
, >?@ = 500 2

3.3. Método Teixeira

 =
 +
      
 = . ,@é?KL.            
 = . M. ,@é?KL. W

Na parcela da ponta o ,@J?KL é considerado um SPT 4 vezes o Ø da estaca acima da

ponta, e 1 vez o Ø da estaca abaixo da ponta. Na parcela de atrito lateral é considerado um ,@é?KL ao longo de todo o fuste da estaca.

3.4. Capacidade de Carga Média

Analisado os três principais métodos de cálculos para estacas, a capacidade de carga final será a média dos valores encontrados em cada método. Como a capacidade de carga dos três métodos foi limitada pela capacidade de carga estrutural da estaca, o valor final será a capacidade da própria estaca, ou seja, a estaca escolhida de concreto pré-fabricado com diâmetro de 29 cm entrará em colapso antes do rompimento do solo. Portanto a capacidade de carga será.
,>?@ = 500 2

4. Cálculos Utilizando Planilha de Excel

O programa Excel da Microsoft é uma ferramenta muito utilizada pelos profissionais da engenharia, com ele é possível realizar diversos cálculos de maneira rápida e segura, garantindo resultados mais seguros e uma melhor organização e apresentação dos cálculos. Todo o procedimento calculado manualmente, também foi realizado utilizando planilha do Excel, todos os cálculos foram programados a fim de agilizar os resultados e também possibilitar uma analise mais refinada das possibilidades de configurações das capacidades de cargas deste projeto. A planilha de cálculo foi estruturada com a entrada dos dados da estaca, uma planilha do perfil do terreno, e uma planilha com os resultados de Capacidade de Ponta, Capacidade por Atrito Lateral e a Capacidade Admissível para cada método, e ao final uma tabela com as capacidades finais encontradas.

4.1. Capacidade de Carga para a cota de 22 m.

Primeiramente foi elaborado todos os cálculos de capacidade para a profundidade de 22 m, conforme solicitado. Porém foi observado que a capacidade de carga do solo ficou maior do que a capacidade de carga estrutural da estaca, então posteriormente foi elaborado um novo dimensionamento considerando um metro a cima, na cota de 21 m para avaliar a possibilidade de diminuir o comprimento da estaca, diminuindo assim o custo.

Tabela 04: Entrada de Dados

Tabela 05: Método Aoki e Veloso

Tabela 07: Método Teixeira

Tabela 08: Resultados

4.2. Capacidade de Carga para a cota de 21 m.

Tabela 09: Método Aoki e Veloso

Tabela 11: Método Teixeira

Tabela 12: Resultados

5. Determinação de Quantidade de estacas

A carga de projeto é 1800 kN, e a capacidade de carga de cada estaca será de 497 kN. Portanto o numero de estacas necessárias para esta solicitação será:

(^0) EL[JDL = (^) JCDG\GC.
,>?@ ; (^0)
EL[JDL ,>?@

= JCDG\GC

497 = 3,62 PO  O

6. Determinação do Efeito de Grupo

A capacidade de carga do grupo de estacas sofre uma redução de capacidade em função das interferências entre os bulbos de tensões, essas interferências são diretamente proporcionais as distancias entre estacas.

Um dos métodos utilizador para determinar a eficiência do grupo de estaca é o Critério de Labarre, onde a expressão encontra-se abaixo.

P = 1 − tan&a O b"^ − 1(. - + "- − 1(.90. -. c

A recomendação de distâncias entre as estacas é de três vezes o diâmetro, neste caso a distancia entre eixos das estacas serão 90 cm.

Figura 02: Contorno da sapata hipotética

Com essa distribuição a eficiência do grupo de estacas será:

P = 1 − tan&a^2990 b"2 − 1(. 2 + "2 − 1(. 290.2.2 c ⇒ 0,

7. Anexos

7.1. Valores para Aoki e Velloso Tabela de K e α

Tabela de F1 e F

7.2. Valores para Decourt e Quaresma

Tabela de K

Tabela de α e β

7.3. Valores para Teixeira