INSTITUTO MARIA IMACULADA
Faculdades Integradas Maria Imaculada
FUNDAÇÕES E ELEMENTOS ENTERRADOS II
FUNDAÇÕES POR ESTACAS
Prof. Eng. Luiz Manoel Furigo
Mogi Guaçu, agosto de 2015.
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Guias e Dicas
Prepare-se para as provas
Estude fácil! Tem muito documento disponível na Docsity
Encontrar documentos
Prepare-se para as provas com trabalhos de outros alunos como você, aqui na Docsity
Pesquisar documentos Store
Os melhores documentos à venda: Trabalhos de alunos formados
Videoaulas
Prepare-se com as videoaulas e exercícios resolvidos criados a partir da grade da sua Universidade
Quiz
Responda perguntas de provas passadas e avalie sua preparação.
Ganhe pontos para baixar
Ganhe pontos ajudando outros esrudantes ou compre um plano Premium
Comunidade
Pergunte à comunidade
Peça ajuda à comunidade e tire suas dúvidas relacionadas ao estudo
Ranking universidades
Descubra as melhores universidades em seu país de acordo com os usuários da Docsity
Guias grátis
Os eBooks que salvam estudantes!
Baixe gratuitamente nossos guias de estudo, métodos para diminuir a ansiedade, dicas de TCC preparadas pelos professores da Docsity
Fundações e Elementos Enterrados II: Determinação da Carga Admissível em Estacas, Notas de aula de Engenharia Civil
Apostila de Fundações Profundas Carga
Tipologia: Notas de aula
2019
1 / 10
Esta página não é visível na pré-visualização
Não perca as partes importantes!
Documentos relacionados
Pré-visualização parcial do texto
Baixe Fundações e Elementos Enterrados II: Determinação da Carga Admissível em Estacas e outras Notas de aula em PDF para Engenharia Civil, somente na Docsity!
INSTITUTO MARIA IMACULADA
Faculdades Integradas Maria Imaculada
FUNDAÇÕES E ELEMENTOS ENTERRADOS II
FUNDAÇÕES POR ESTACAS
Prof. Eng. Luiz Manoel Furigo
Mogi Guaçu, agosto de 2015.
Prof. Eng. Luiz Manoel Furigo
2 CARGA ADMISSÍVEL
No capítulo anterior, vimos que a capacidade de carga (R) de um elemento isolado de fundação por estaca corresponde à máxima resistência oferecida pelo sistema ou à condição de ruptura, do ponto de vista geotécnico, e aprendemos a utilizar os métodos semiempíricos para o cálculo de R , com base nos resultados de SPT.
Agora, consideremos um estaqueamento com dezenas ou centenas de estacas de mesmo tipo e mesma seção transversal. Por causa da variabilidade do terreno, os valores de capacidade de carga não resultarão idênticos, possibilitando o tratamento matemático de R como uma variável aleatória e a construção do gráfico da função de densidade de probabilidade, ( ).
Considerando que os valores de R obedecem a uma distribuição normal, à semelhança do que ocorre com a tensão de ruptura à compressão de corpos de prova de concreto, apresentamos a figura 2.1, com destaque para dois valores particulares de R : o valor característico ( ), com 5% de probabilidade de ocorrência de valores inferiores e o valor médio ( ), com 50% de probabilidade de ocorrência de valores menores.
Figura 2.1 – Distribuição normal dos valores de capacidade de carga.
Cada um desses dois valores dá origem a uma filosofia de projeto. A primeira é desenvolvida a partir da resistência característica, (^ ), cujo valor, reduzido por um fator de minoração (^ ), não deve ser inferior ao valor característico da solicitação ( ) aumentado por um fator de majoração
( ), com^ e^ denominados^ fatores de segurança parciais. No caso de o material ser o concreto, empregamos em lugar de.
Na outra filosofia de projeto, utilizamos o valor médio de capacidade de carga ( ), introduzindo o conceito de carga admissível ( ):
em que é o fator de segurança global ou, simplesmente, fator de segurança. O princípio dessa filosofia de projeto é garantir que a solicitação em cada estaca não seja superior à carga admissível.
Como veremos no capítulo 4, o fator de segurança global é definido pela relação entre os valores médios de resistência ( ) e de solicitação ( ):
⁄
o que implica a equivalência entre e. Portanto, nessa filosofia de projeto, bastaria garantir que a solicitação média nas estacas não fosse superior à carga admissível ( ), mas a prática consagrou o procedimento, a favor da segurança, de verificar todos os valores disponíveis de solicitação (^ ).
Antigamente a carga admissível também era denominada carga de trabalho. Quanto à simbologia, também há o emprego de e de ̅.
Ambas as filosofias, a de carga característica (fatores de segurança parciais) e a de carga admissível (fator de segurança global), já eram previstas na NBR 6122:1996. Na nova norma de
Prof. Eng. Luiz Manoel Furigo
enquanto Décourt e Quaresma (1978) utilizam fatores de segurança diferenciados (que não devem ser confundidos com os fatores de segurança parciais) para as parcelas de resistência de ponta e de atrito:
Por último, Teixeira (1996) adota :
exceto para estacas escavadas a céu aberto, para as quais introduz fatores de segurança diferenciados:
No caso de ocorrência de atrito negativo, representado por (-), a NBR 6122:2010 preconiza que o seu valor seja descontado da carga admissível:
Em vez de “fator de segurança” também é usada a expressão coeficiente de segurança. Preferimos fator porque a análise dimensional estabelece a indicação dos termos fator e índice para grandezas adimensionais, enquanto coeficiente e módulo seriam reservados para grandezas dimensionais.
2.1 CARGA DE CATÁLOGO
Outra verificação do estado limite último contempla exclusivamente a estaca, cada tipo em particular, sem levar em conta o aspecto geotécnico. Se considerarmos uma espécie de tensão admissível do material da estaca ( ), a sua multiplicação pela área da seção transversal do fuste resulta um carga admissível da estaca (^ ).
Alguns confundem essa carga admissível da estaca ( ) com a carga admissível da fundação ( ), a qual considera o aspecto geotécnico. Para evitar esse equívoco, preferimos denominar como carga de catálogo, pelo motivo óbvio de ser o valor de carga indicado no catálogo do fabricante ou executor da estaca, em função da seção transversal do fuste e do tipo de estaca.
Conhecidos os dois valores ( ), devemos adotar o menor deles para garantir segurança ao elo mais fraco do sistema (elemento geotécnico ou elemento estrutural). A estaca (elemento estrutural) não é necessariamente o elo mais forte. Podemos ter estaca apoiada em material muito resistente ou estaca demasiadamente longa, de maneira tal que a resistência geotécnica seja superior à estrutural.
Na prática de projeto, como a carga de catálogo é definida inicialmente, ela passa a representar o limite superior para a carga admissível da fundação:
Até 1995, tínhamos valores de carga de catálogo – que agora vamos denominar de valores tradicionais – obtidos com base no conceito de tensão admissível. Com o advento da NBR 6122:1996, foi introduzida a filosofia de carga característica, com a prescrição, para diversos tipos de estaca, de valores do fator de minoração de resistência e de valores máximos de resistência característica ( , respectivamente, no caso de estaca de concreto), e definida a carga estrutural admissível ,
Prof. Eng. Luiz Manoel Furigo
cujo valor passou a constar dos catálogos. Por prudência, alguns autores adotaram a estratégia de mencionar os dois valores, como é o caso de Velloso e Lopes (2002).
Tabela 2.1 – Carga de catálogo tradicional e Carga estrutural admissível da estaca escavada mecanicamente com trado helicoidal. Diâmetro (cm) Carga de catálogo tradicional (kN)
Carga estrutural admissível (kN) 200 250 300 360 400 490 500 640 600 810 800 1.
Trata-se de uma confusão de filosofias de projeto, pois carga admissível corresponde a uma resistência média dividida por um fator de segurança global.
Nas tabelas 2.1 a 2.6, apresentamos as cargas de catálogo mencionadas na literatura brasileira, para os tipos mais usuais de estacas, em função da seção transversal do fuste. Optamos pelos valores decorrentes da NBR 6122:1996, mas citando, quase sempre, a respectiva tensão admissível à compressão do material da estaca ( ), que dava origem às cargas de catálogo anteriores a 1996. Na tabela 2.2, para estacas pré-moldadas, observamos os valores de compreendidos entre 6 a 14 MPa, mas a NBR 6122:1996 limitava ao máximo de 6 MPa quando não fosse realizada prova de carga.
Tabela 2.2 – Estaca pré-moldada de concreto. Tabela 2.3 – Estaca de aço.
Estaca Dimensão (cm)
Carga de catálogo (kN)
Perfil (^) DimensãoTipo/
Carga de catálogo (kN)
Pré-moldada vibrada quadrada
20x20 400 TR25 200 25x25 600 Trilho usado TR32 250 30x30 900 ̃ TR37 300 35x35 1.200 TR45 350 Pré-moldada vibrada circular
400 Verificar grau de TR50 400 600 desgaste e 2 TR32 500 800 alinhamento. 2 TR37 600 Pré-moldada protendida circular
350 3 TR32 750 600 3 TR37 900 900 H 6” 400
Pré-moldada centrifugada
(seção vazada)
300 Perfis I e H I 8” 300 400 I 10” 400 500 Descontar 1,5mm para I 12” 600 750 corrosão e aplicar 2 I 10” 800 900 2 I 12” 1.
1.700 (^) Tabela 2.4 – Estaca de madeira. 2.300 Madeira ( ) (kN)* 3.000 150 200 300 400 500
- Esses valores representam apenas uma ordem de grandeza, pois dependem do tipo e da qualidade da madeira.
Prof. Eng. Luiz Manoel Furigo
Por sua vez, a ordem de grandeza das cargas de pilar implica a exclusão de certos tipos de estaca, o que também pode ocorrer, por exemplo, por causa da posição do nível d’água. Dessa forma, a análise dos dados da edificação e do terreno permite delimitar os tipos de fundação tecnicamente viáveis, recaindo a escolha final sobre os fatores custo e prazo de execução.
Feita a opção por determinado tipo de estaca, essa escolha já inclui a definição do diâmetro ou seção transversal do fuste da estaca, de acordo com as cargas de catálogo de fabricantes ou executores desse tipo de estaca, como as apresentadas na seção anterior. Se a variação das cargas de pilar for muito ampla, podemos trabalhar com dois ou até três diâmetros, no mesmo projeto. E aí, para cada diâmetro, procedemos como se fosse um estaqueamento separado, com a sua carga admissível.
Para cada tipo de estaca, devemos considerar dois aspectos relativos à exeqüibilidade. Um deles refere-se ao comprimento máximo limitado pelo equipamento disponível; o outro refere-se à diminuição da eficiência do equipamento com o aumento da resistência dos solos, chegando a provocar a parada da estaca. Em termos práticos, podemos estabelecer, para cada tipo de estaca, uma faixa de valores de em que costuma ocorrer a parada da estaca. Esses valores, apresentados na tabela 2.7, podem ser interpretados como os limites máximos para a penetrabilidade no terreno (cravabilidade ou escavabilidade), desde que não haja recursos executivos adicionais para garantir a penetração exigida.
Tabela 2.7 – Valores limites de para parada das estacas.
Tipo de estaca
Pré-moldada de concreto
Perfil metálico
Tubada (oca, ponta fechada)
Strauss
Franki
em solos arenosos em solos argilosos
Estacão e diafragma, com lama bentonítica
Hélice contínua
Ômega
Raiz (^) (penetra em rocha sã)
2.3 METODOLOGIAS DE PROJETO
Em termos geotécnicos, todo projeto de fundações por estacas culmina com a previsão da cota de parada das estacas e a fixação da carga admissível (como já discutimos, dependendo da amplitude da variação das cargas de pilar, poderemos projetar mais de uma carga admissível; nesse caso, basta considerar cada subconjunto de pilares como se fosse um estaqueamento com sua carga admissível).
Para tratar didaticamente da determinação da carga admissível, vamos abordar três metodologias de projeto, apresentadas originalmente por Aoki e Cintra. Embora interdependentes, como veremos adiante, num primeiro momento vamos estudá-las separadamente. Nas três, vamos considerar a prática usual de trabalhar com a sondagem média (sem fazer a sondagem média, subdividimos o estaqueamento em regiões de abrangência de cada furo de sondagem e analisamos em separado cada uma dessas regiões).
Prof. Eng. Luiz Manoel Furigo
1 a^ Metodologia Escolhido o tipo de estaca e o diâmetro ou seção transversal do fuste, temos a correspondente carga de catálogo. Então, adotamos a carga admissível como sendo a própria carga de catálogo e, multiplicando pelo fator de segurança, obtemos o valor necessário da capacidade de carga. Em seguida, por tentativas, e utilizando um dos métodos semiempíricos, procuramos o comprimento da estaca (L) compatível com essa capacidade de carga:
Essa metodologia tem a vantagem de otimizar o aproveitamento da estaca, mas, como veremos adiante, muitas vezes é imperioso que a carga admissível seja inferior à carga de catálogo.
2 a^ Metodologia Uma limitação do equipamento pode impor um comprimento máximo ( ) exequível para a estaca. De modo semelhante, a posição do nível d’água pode caracterizar uma profundidade máxima, dependendo do tipo de estaca.
Então, adotamos o comprimento da estaca como sendo esse valor máximo, calculamos a capacidade de carga por um dos métodos semiempíricos e, aplicando o fator de segurança, chegamos à carga admissível:
3 a^ Metodologia Como vimos na tabela 2.7, para cada tipo de estaca há uma faixa de valores de que provocam a parada da estaca, por causa da ineficiência do equipamento a partir desses valores.
Então, na sondagem contemplamos os valores de que estão dentro desses limites ( ), os quais indicam as prováveis cotas de parada da estaca ou os seus prováveis comprimentos (L). Para cada um desses comprimentos, calculamos a capacidade de carga e a carga admissível:
2.3.1 Interdependência das metodologias
Essas três metodologias de projeto são interdependentes, ou seja, a preferência por uma delas não significa que ela possa ser seguida até o final. Sempre devemos verificar as outras duas para, se for o caso, mudar de metodologia, dada a interdependência entre elas.
Quando empregamos a 1 a^ metodologia (^ ), pode ocorrer que o comprimento encontrado para a estaca seja superior ao máximo exequível. Nesse caso, adotamos e passamos para a 2a^ metodologia. Ou encontramos um comprimento L que, para ser atingido, exigiria atravessar camadas com valores de além dos limites de eficiência do equipamento. Nesse caso, mudamos para a 3a^ metodologia. Em ambos os casos, a carga admissível resultará inferior à carga de catálogo.
Se começarmos pela 2a^ metodologia, pode resultar uma carga admissível superior à carga de catálogo, o que indica a necessidade de passarmos para a 1a^ metodologia. Ou encontramos um comprimento L que, para ser atingido, exigiria atravessar camadas com valores de além dos limites de eficiência do equipamento. Nesse caso, mudamos para a 3a^ metodologia.
Finalmente, se iniciamos pela 3a^ metodologia, pode resultar uma carga admissível superior à carga de catálogo, o que indica a necessidade de passarmos para a 1a^ metodologia. Ou pode ocorrer que o comprimento encontrado para a estaca seja superior ao máximo exequível. Nesse caso,
Prof. Eng. Luiz Manoel Furigo
Soluções:
a) A opção por não emendar as estacas impõe , condição esta para a qual, no exercício resolvido do capítulo anterior, encontramos R=950 kN. Examinando as três metodologias:
1 a
2 a^ (
3 a
Prevaleceu a 2a^ metodologia, com L=12m e R=950 kN. Aplicando o fator de segurança 2, temos a carga admissível:
b) Considerando a possibilidade de emendar as estacas, fica descartada a 2a^ metodologia, pois, nesse caso, não há comprimento máximo preestabelecido.
Examinemos as outras duas metodologias, começando pela primeira. Vamos, por tentativas, procurar o comprimento da estaca necessário para que.
Aproveitando os dados obtidos no exercício resolvido do capítulo anterior, vamos recalcular apenas a última parcela de resistência lateral ( ) e a resistência de ponta ( ):
Cota da ponta (m)
( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
- 13 14 99 232 106 437 510 950 480
- 14 16 99 232 199 523 582 1.105 550
- 15 15 99 232 291 622 546 1.168 590
- 16 13 99 232 397 728 473 1.201 600
- 17 14 99 232 476 807 510 1.317 660
- 18 16 99 232 602 933 582 1.515 760
- 19 21 99 232 688 1.019 764 1.783 890
Logo, a estaca deverá ter a ponta na cota -18m (L = 17m), com.
Pela 3a^ metodologia, temos os valores limites de que correspondem à parada da estaca, no caso de pré-moldada com diâmetro superior a 0,30 m:
o que levaria a estaca até as cotas -20m a -24m (L = 19m a 23m). Esses comprimentos de estaca, porém, resultariam em cargas admissíveis bem superiores ao limite máximo imposto pela carga de catálogo (^ ).
Portanto, prevalece a 1a^ metodologia, com.
A partir deste ponto, falta a verificação do recalque, que será o tema do próximo capítulo.