CENTRO UNIVERSITÁRIO DE JOÃO PESSOA ENGENHARIA CIVIL
FUNDAÇÕES PROFUNDAS
LUCAS SOARES DUTRA DE SOUZA
JOÃO PESSOA – PB 2016
LUCAS SOARES DUTRA DE SOUZA
FUNDAÇÕES PROFUNDAS
JOÃO PESSOA-PB 2016
INTRODUÇÃO A fundação é um termo utilizado na engenharia para designar as estruturas responsáveis por transmitir as cargas das construções ao solo. Em geral, são utilizadas várias fundações seguidas para esse fim. Existem diversos tipos de fundação e são projetadas levando em consideração a carga que recebem e o tipo de solo onde vão ser construídas .
OBJETIVO O nosso objetivo nesse pequeno artigo é demonstrar todo o estudo por trás das fundações profundas... Tal que devemos demonstrar os metodos de estudo, suas formulas etc.
IMAGEM 01 – SIMBOLOGIA DE UMA FUNDAÇÃO PROFUNDA (ESTACA)
Rp = Resistência de Ponta (da estaca). Rl = Resistência Lateral (da estaca).
L = comprimento do inicio á ponta da Estaca. P = carga de trabalho (carga na qual a ponta e a lateral estão resistindo)
1.1 Capacidade de carga. Os métodos teóricos de capacidade de carga vária muito de acordo com autor devido isto é de pouca utilização na prática, sendo assim usamos os métodos semiempíricos. Uma vez que as fórmulas teóricas geralmente não são confiáveis na previsão da capacidade de carga de fundações por estacas, muitos autores têm proposto métodos baseados em correlações empíricas com resultados de ENSAIOS IN SITU. Iniciando o equacionamento matemático para deduzir a expressão da capacidade de carga, vamos fazer o equilíbrio de forças, existe diferentes autores para calcular, alguns deles;
Para estacas Franki, Metálica, Pré-moldada, Escavada, Raiz, Hélice continua e Ômega. MÉTODO AOKI VELLOSO. MÉTODO DÉCOURT QUARESMA. MÉTODO TEIXEIRA.
Método de Aoki Velloso
(∝ . . . ∆) e R = . Logo a equação de Aoki Velloso; R = [ (∝ . . . ∆) ] + . R = RL + RP Onde RL =
2
P
1
.
1
.
2
1
1
Onde; U; Perímetro da seção da estaca. Ap; Área da Ponta da estaca. F1 e F2; Fatores de correção que levam em conta o efeito da escala. NP; O Nspt na cota de apoio da ponta. NL; Média de Nspt na camada de cada solo da ponta ao fuste da estaca.
∝
K e ;São coeficiente K e razão de atrito.
∆
; Variação de comprimento.
Bem para iniciar os cálculos pelo método de Aoki Velloso é preciso das seguintes tabelas que geralmente são dadas nas provas e nos livros.
Método de Décourt Quaresma
∝ ∝
R = RL + RP Onde RL = . 10
3
+1
. e RP = . .
.
Logo a equação de Décourt Quaresma; R = = . 10 Onde
3
+1
. + . .
.
U; Perímetro. L; Comprimento. Ap; Área da ponta C; índice de Coesão do solo. “tabela” Alfa e Beta respectivamente TABELA 1.7 e TABELA 1.8 NP; Valor médio do índice de resistência à penetraçãona ponta, Fazendo a média do Nspt da PONTA, imediatamente POSTERIOR e imediatamente ANTERIOR. NL; Valor médio do índice de resistência à penetração do SPT ao longo do FUSTE. OBS;
≥ ≤ ≤ 3
50
á
õ
é
PARA ESTACAS Pré-moldadas, Franki e metálicas Alfa e Beta são igual a 1.
15
Método de Teixeira
∝ ∝
R = RL + RP Onde RL = . R = .
.
. + .
.
.
e RP = .
.
.
Onde
U; Perímetro L; Comprimento Ap; Área da ponta. NL; Valor Médio dos Nspt da ponta ate o fuste NP; Para encontrar o NP é preciso fazer a media dos Nspt, para cima no comprimento igual a 4 vezes o Diâmetro da PONTA e para baixo igual a 1 vez o diâmetro da PONTA “geralmente se despreza para baixo e soma com o comprimento pra cima, notifique o professor caso faça isso”.
Alfa e Beta respectivamente tabela 1.9 e 1.10
OBSERVAÇÃO MUITO IMPORTANTE. As Forças encontradas R que você ao utilizar as formulas são as forças que toda a estaca estará exercendo contra a estaca, PORÉM não é carga admissível e sim a de RUPTURA então é necessário encontrar a CARGA ADMISSIVEL para que seu prédio não caia.
POR TANTO ; Para Aoki Velloso
Radmissível = 2
Para Décourt Quaresma Radmissível =
+ 4
1,3
Para Teixeira
= +
Radmissível = 2 Exceto para estacas escavadas a céu aberto, para as quais introduz um fator de segurança diferenciado. Radmissível
4
1,5
ENSAIO IN SITU REALIZADO PELO PROFESSOR.
Exemplos – UTILIZE O ENSAIO IN SITU Verifique qual a Carga admissível para estacas de 30cm de Diâmetro pelo método de Decourt-Quaresma, Teixeira ou Aoki, 1.A Uma estaca hélice de 10 Metros de profundidade. 1.B Estaca Franklin com base de 230 Litros e 10 Metros de profundidade. 1.C Estaca Pré-Moldada concreto armado (considerar tensão admissível do concreto 6 Mpa).
1.A Irei utilizar o método de Aoki Velloso.
R=[
(∝ . . . ∆) ] + . .
2
1
1
Primeiro passo é encontrar os “RL’s” já que pelo método Aoki ele calcula por
camada e o estudante ou o engenheiro sem meio de software acaba tendo um pouco de demora no cálculo.
- Bom temos L = 10 m, U = . 0,30 , Ap = . 0,152
De 0m à 6,5m temos Silte Argiloso. Porém EU irei simplificar e dizer que temos silte argiloso apenas até 6m.
RL1 = 0,034 . 0,23
2+3+4+4+8+9+13 7
.
. 6≅ 0,29 /
De 6,5m à 10,0m temos Areia fina, Silto-argilosa. Porém EU irei simplificar e dizer que temos Areia fina, Silto-argilosa de 7m à 10m.
RL2 = 0,020 . 0,80
.
14+12+15+32 4
. 3 = 0,876 /
Agora calcularemos F1 para obter o F2, como F2 = 2 . F1 como mostra na tabela, Na tabela F1para estaca hélice é igual a 2,0... então F2 = 4,0. Logo; RL =
. 0,29 + 0,876 ≅ 0,275 → 27,5 .0,30 4,0
Calcularemos a Carga da Ponta. A ponte se situa aos 10 metros de profundidade ondepossui uma Areia fina, silto-argiloso. RP =
. . 0,15 = 0,90 → 90 0,80
.32
2
2,0
Logo R= 27,5 + 90,0 = 117,50 Toneladas força.
í
=
,
=
,
1.B Estaca Franki possui uma especialidade única, sua ponta é uma espécie de forma de Esfera que analiticamente ela é uma esfera perfeita mas na realidade ela é como o planeta terra... possuí uma variedade de deformações. Observe a Estaca Franki.
- Bom temos então, Volume = 230L - > 0,230m³, L = 10m, D diâmetro da lateral= 0,30m.
Irei usar o método de Décourt Quaresma.
∝
R = = . 10 RL = . 10 338,50 KN
3
3
+1
. + . .
+1
.
.
RL = 1 . 10 .
(3+3+4+4+8+9+13+14+12)/9 + 3
≅
1 . .0.3 . 10
Para fazer o RP precisamos encontrar o raio da Ponta que é diferente da lateral.
= 0,815m =
.
Rraio
.
Pronto agora poderemos dar inicio ao calculo da carga de ponta.
∝
RP = . .
.
RP = 1 . 400
≅ → .
Logo; Radmissível=
32+15+44 3
25306 4
+
. .0,8152 = 25306
338,50 1,3
6587
658,7
NOTA: observe que no momento em que fui encontrar o NL eu não coloquei os Nspt 15 e 32, Isto porque não utilizaremos os Nspt que pertence a media do NP.
1.C Estaca Pré-moldada também possui uma particularidade, como ela é introduzida no solo por meio de golpes o concreto suporta apenas 20 GOLPES, sendo assim como o Nspt de 10m é 32 golpes não poderemos utilizar esta altura. Temos então D = 0,3m. L=?. Tensão admissível do concreto = 6Mpa Primeiro devemos encontrar a Carga que o concreto suporta.
→
→
a carga máxima suportada pelo concreto além de não poder ultrapassar os 20 golpes. =
6=
.0,15 2
= 42,36
Analisando o IN SITU vi que aos 9m atinge até 15 golpes. Irei utilizar o método de Teixeira.
∝ → → →
R = .
.
. + .
Logo; RL= 4 RP= 400
Radmissível = 2
.
.
.
15+12+14+13+9+8+4+4+3+2 10
15+12+14 3 671,08 2
. . 0,3 .9 = 284,86
. . 0,15² = 386,22
335,54
33,54
Logo o concreto suportará a introdução e a profundidade em que a estaca ficará. NOTA; Percebem que não utilizei “a parte de baixo no NP, supus que seria desprezível e somei 4x0.3m = 1,2m + 0,3m = 1,5m” mas Lucas e se Radmissível
fosse maior que a carga admissível do concreto, o que eu faria? - Simples, você diminuiria o comprimento da estaca ou adicionava mais estacas ao bloco da fundação.
Tubulão.
A execução de fundações com tubulões é indicada especialmente para obras com cargas consideradas elevadas (acima de 3 mil kN), - como, por exemplo, pontes, viadutos e prédios de grande porte - para solos com presença de lençol freático e que apresentam riscos de desabamento. Os tubulões são elementos de fundação profunda em concreto moldado in loco que transmitem as cargas estruturais para os solos de maior capacidade de suporte.
Capacidade de Carga do Tubulão.
→ í
=
+
=
+
Onde q é igual a Massa especifica vezes altura h logo então
→ =
+ .
í
=
+ .
Sendo a força especifica do concreto e o Nspt é encontrado da seguinte forma; Devemos multiplicar o Diâmetro do fuste por 2... isso dará um
comprimento significativo... esse comprimento será o comprimento que você encontrou é simplesmente o comprimento do BULBO que será gerado pelo tubulão, então você deve utilizar a média dos Nspt do Bulbo.
Exemplo; Supondo que você escolheu o Tubulão por ele aguentar uma grande carga, e depois de analisar o solo viu que utilizaria um tubulão a 12 metros de profundidade com 2m de Diâmetro, massa especifica 5x10^6 Kgf/m³ qual séria a sua carga admissível?
Sabemos que o Bulbo se formará com 2xD então temos um bulbo de 4m, usaremos então a média de Nspt no comprimento de 4m abaixo da Ponta (ou base) “utilizaremos o mesmo IN SITU”.
=
51+51+52 = 51,33 3
= = , = 191 Tf ,
+
.
.
RECALQUES Para a análise de recalques utilizaremos apenas alguns critérios, um deles é que utilizaremos apenas o R P não admissível pois iremos produzir uma fundação profunda e gostaríamos de analisar seu recalque na ponta total, utilizar o RP admissível seria um enorme desperdício de dinheiro. Formulas necessárias para analisar todo o recalque; 1.1 1.2
∆ ∆ ℎ =
.
4.
=
. . 2
2
Lembrando que P é encontrado fazendo
Sendo;
ℎ− =
∆δ −
Pp – Proveniente da Ponta. p variação de tensão na Ponta. P – carga que está chegando na ponta. D – Diâmetro. h – distância da Ponta até o solo que será analisado. H – comprimento do solo que será analisado.
Formula para encontrar Es
∆ =
((
.
)/ )^
Onde Eo é o módulo de deformabilidade antes da execução da estaca. é
ã
á
.
n é expoente que depende do solo, para solos granulares n=0,5 em argilas n=0,0 Onde E0 tem valores de acordo com a estaca, sendo 6 K Nspt para estacas Cravadas, 4 K Nspt para hélice continua, 3 K Nspt para estacas escavadas, sendo K o coeficiente empírico do método de Aoki-Velloso e Nspt a media de Nspt’s de H.
Ilustração
Exemplo; Utilizando o exercício 1.A que foi utilizado o m étodo Aoki-Velloso, queremos analisar a camada entre 12 e 15 metros, sabendo que a carga de trabalho é igual a 120 tf. Resolução;
P = 120 – 90 = 30 tf
Então
∆ ∆ = ( .
=
)/
,
.
.
,
Supondo que Es = 21 GPa – GERALMENTE OS PROFESSORES DÃO PELA DIFICULDADE DE ENCONTRAR mas na página 58 do livro Fundações por estacas de José Carlos você encontra uma explicação mais detalhada.
=
47,18 . 3 210000
= 0,674
.
É um recalque muito baixo, logo é admissível.
Metodologia de Projeto; Pi =
á
ú
+
+
Esta é a formula para estudar as forças que atuam em cada estaca em um bloco, sendo P a carga fixa que atua na estaca, já quando o vento atua num prédio por exemplo é gerado um momento. My e Mx são os momentos gerados pelo vento Xi é a distancia de cada estaca, de Forma segura sempre Xi ou Yi é igual a 3 vezes o diâmetro da estaca.
Exemplo; Estaca
F estática
Fz
Fx
My
P1
800 KN
120 KN
30KN
100 KNm
É possível identificar que ao gerar o momento a estaca que mais sofrerá momento é a Estaca P1 e a que mais terá uma “folga” é a P7, isto quando o Vento a 0 Graus
bater no prédio. Podemos também definir que as estacas no meio “que estão exatamente abaixo do pilar que é ilustrado como o quadrado que cobre a Estaca P5” não sofrem nenhum
momento, simplesmente o momento neles são nulos, também observamos que não temos momento em X por apenas UM VENTO atuar neste exemplo.
Logo utilizaremos apenas My.
P1 =
+
+ . , , ².
. .
=
Nota: Vamos analisar o caso, primeiro como já falei é possível observar que temos apenas 6 estacas sofrendo esforços. Segundo por que 1,5² x 6?... Simples meu amigo,Xi é a distancia da estaca ao eixo que estar atuando o momento, como as 6 vigas estão em distâncias iguais então eu escrevi conforme a Fórmula que é o somatório das distâncias das vigas no qual atua esforços.
Considerações finais.
Esta é minha pequena contribuição para comunidade acadêmica de engenharia, tive dificuldades no inicio do assunto mas agora vejo que já estou aprendendo um pouco com a prática, há gostaria de dizer que o artigo estar bem prático não demostrando muita teoria.. alguns casos o seu professor pode modificar os valores já que o estudo dos solos e fundações é um pouco incerto. Ser engenheiro é Respeitar as leis da natureza Respeitar ao que Deus Criou, o conhecimento é a única coisa que dividido é multiplicado. Contato;
[email protected] Referência bibliográfica; Fundações Por Estacas Projeto Geotécnico. José Carlos, Nelson Aoki.
Por Favor como pagamento deste artigo peço apenas que curta a minha página para que eu possa espalhar o meu conhecimento. Link;https://www.facebook.com/Engenheiro-Aprendiz266007430277171/?view_public_for=266007430277171
Bons Estudos.
