Aula 07 - Fundações Profundas: Capacidade de Carga em Geotecnia

GEOTÉCNICA E FUNDAÇÕES AULA 07 FUNDAÇÕES PROFUNDAS CAPACIDADE DE PROFUNDAS CAPACIDADE DE CARGA Profa Paloma Medeiros INTRODUÇÃO Entendimento da capacidade de carga de estacas em termos geotécnicos Consideremos uma estaca qualquer de comprimento L instalada no solo Na sua cabeça vamos aplicar uma força vertical P de compressão progressivamente aumentada Adesão ou atrito lateral Resistência de ponta INTRODUÇÃO Capacidade de carga Máxima resistência que o sistema pode oferecer ou do valor de ruptura do sistema em termos geotécnicos CUIDADO Não há relação com Não há relação com despedaçar ou quebrar a fundação O que ocorre é o recalque incessante da estaca INTRODUÇÃO Resistência da Estaca Resistência de Ponta Atrito Lateral R RL RP RP γP AP INTRODUÇÃO Estaca prémoldada de concreto Perfis metálicos tipos I H etc e trilhos Estacas Franki Valores usuais de V em função do diâmetro do tubo Franki Franki Diâmetro do tubo cm Volume da base m³ φ35 018 Φ40 027 Φ45 036 Φ52 045 φ60 060 INTRODUÇÃO Parcela de atrito Seja U perímetro do fuste πD ou 4D INTRODUÇÃO R é portanto uma resistência máxima disponível e toda vez que se aplica uma carga P inferior a R temos uma mobilização parcial da capacidadede carga restando uma mobilização parcial da capacidadede carga restando uma espécie de reserva de resistência INTRODUÇÃO Pode haver casos em que predomina a parcela de atrito lateral Estaca de atrito ou estaca flutuante Resistência lateral desprezível Estaca de ponta Resistência lateral desprezível Estaca de ponta A capacidade de carga de estacas pode variar com o tempo e com o teor de umidade solos colapsíveis FÓRMULAS TEÓRICAS Estacas em argilas Estacas em areias FÓRMULAS TEÓRICAS Estacas em argilas No caso de solo argiloso rL representa a tensão de adesão do solo ao fuste da estaca em termos de valor local para um segmento qualquer da estaca e pode ser calculada em função da própria coesão não drenada c da argila situada ao redor desse segmento α fator de adesão entre solo e estaca FÓRMULAS TEÓRICAS Estacas em argilas α fator de adesão entre solo e estaca FÓRMULAS TEÓRICAS Estacas em argilas Na prática geralmente o terreno se apresenta estratificado com valores distintos de coesão FÓRMULAS TEÓRICAS Estacas em argilas A resistência de ponta rP pode ser considerada como a capacidade de carga de uma fundação direta de mesma base que em solos argilosos pode ser calculada pela equação de Skempton 1951 q sobrecarga tensão vertical efetiva na cota de apoio da base da estaca Nc fator de capacidade de carga que pode ser considerado igual a 9 para fundações profundas FÓRMULAS TEÓRICAS Estacas em areias σh tensão horizontal no segmento da estaca tg δ coeficiente de atrito estaca solo δ ângulo de atrito entre o solo e a estaca Entretanto O atrito lateral local não cresce indefinidamente com a profundidade Atingindo um valor crítico na profundidade de 10 ou 20 vezes o diâmetro da estaca FÓRMULAS TEÓRICAS Estacas em areias O K depende de O tipo de estaca O grau de perturbação que a sua execução provoca no maciço de solo Estaca K δ Areia fofa Areia compacta Metálica 05 10 20º Prémoldada de concreto 10 20 ¾ φ Madeira 15 40 23 φ FÓRMULAS TEÓRICAS Estacas em areias A resistência de ponta na iminência de ruptura rP pode ser interpretada como a capacidade de carga de uma fundação direta de mesma base a qual em areias puras é dada pela equação MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS Fórmulas téoricas geralmente não são confiáveis Método AokiVelloso 1975 Método DécourtQuaresma 1978 Método DécourtQuaresma 1978 Método Teixeira 1996 MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS Método AokiVelloso 1975 F1 e F2 são fatores de correção que levam em conta o efeito escala ou seja a diferença de comportamento entre a estaca protótipo e o cone do CPT modelo além da influência do método executivo MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS Método AokiVelloso 1975 MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS Método AokiVelloso 1975 MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS Considerando estacas prémoldadas de concreto centrifugado com diâmetro de 033 m carga de catágolo de 750 kN e comprimento de 12 m cravadas em local cuja sondagem com comprimento de 12 m cravadas em local cuja sondagem com NSPT é representada na figura a seguir com a ponta à cota 13 m Fazer a previsão da capacidade de carga dessa fundação utilizando o método de AokiVelloso EXERCÍCIO 01 Considerando estacas prémoldadas de concreto centrifugado com diâmetro de 033 m carga de catágolo de 750 kN e comprimento de 12 m cravadas em local cuja comprimento de 12 m cravadas em local cuja sondagem com NSPT é representada na figura ao lado com a ponta à cota 13 m Fazer a previsão da capacidade de carga dessa fundação utilizando o método de Aoki Velloso Método DécourtQuaresma 1978 As parcelas de resistência RL e RP da capacidade de carga R de um elemento de fundação por estaca são expressas por Estimativa da tensão de adesão ou de atrito lateral rL é feita com o valor médio do índice de resistência à penetração do SPT ao longo do fuste Os limites são NL 3 e NL 15 Método DécourtQuaresma 1982 Décourt 1982 transforma os valores tabelados na expressão E estende o o limite superior de NL 15 para NL 50 para estacas de deslocamento e estacas escavadas com bentonita mantendo NL 15 para estacas Strauss e tubulões a céu aberto Método DécourtQuaresma 1982 A capacidade de carga junto à ponta ou base da estaca rP é estimada pela equação NP valor médio do NSPT na ponta ou base da estaca Tipo de Solo C kPa Argila 120 Silte Argiloso 200 Silte Arenoso 250 Areia 400 Método DécourtQuaresma 1996 Décourt 1996 introduz fatores α e ß respectivamente nas parcelas de resistência de ponta e lateral resultando a capacidade de carga em Método DécourtQuaresma 1996 TAB 17 Valores do fator α em função do tipo de estaca e do tipo de solo Tipo de solo Tipo de estaca Escavada em geral Escavada bentonita Hélice contínua Raiz Injetada sob altas pressões Argilas 085 085 03 085 10 Solos intermediários 06 06 03 06 10 Areias 05 05 03 05 10 valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis Fonte Décourt 1996 TAB 18 Valores do fator β em função do tipo de estaca e do tipo de solo Tipo de solo Tipo de estaca Escavada em geral Escavada bentonita Hélice contínua Raiz Injetada sob altas pressões Argilas 08 09 10 15 30 Solos intermediários 065 075 10 15 30 Areias 05 06 10 15 30 valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis Fonte Décourt 1996 EXERCÍCIO 02 Considerando estacas prémoldadas de concreto centrifugado com diâmetro de 033 m carga de catágolo de 750 kN e comprimento de 12 m cravadas em local cuja comprimento de 12 m cravadas em local cuja sondagem com NSPT é representada na figura ao lado com a ponta à cota 13 m Fazer a previsão da capacidade de carga dessa fundação utilizando o método de Décourt Quaresma Método Teixeira 1996 Teixeira 1996 propõe uma espécie de equação unificada para a capacidade de carga em função de dois parâmetros α e ß NP Valor médio do índice de resistência à penetração medido no intervalo de 4 diâmetros acima da ponta da estaca e 1 diâmetro abaixo NL valor médio do índice de resistência à penetração ao longo do fuste da estaca Método Teixeira 1996 TAB 110 Valores do parâmetro β Tipo de estaca β kPa Prémoldada e Perfil metálico 4 Franki 5 Escavada a céu aberto 4 Raiz 6 Fonte Teixeira 1996 TAB 19 Valores do parâmetro α Solo 4 NSPT 40 Tipo de estaca α kPa Prémoldada e perfil metálico Franki Escavada a céu aberto Raiz Argila siltosa 110 100 100 100 Silte argiloso 160 120 110 110 Argila arenosa 210 160 130 140 Silte arenoso 260 210 160 160 Areia argilosa 300 240 200 190 Areia siltosa 360 300 240 220 Areia 400 340 270 260 Areia com pedregulhos 440 380 310 290 Fonte Teixeira 1996 Método Teixeira 1996 ATENÇÃO O método não se aplica ao caso de estacas pré moldadas de concreto moldadas de concreto flutuantes em espessas camadas de argilas moles sensíveis com NSPT normalmente inferior a 3 EXERCÍCIO 03 Considerando estacas prémoldadas de concreto centrifugado com diâmetro de 033 m carga de catágolo de 750 kN e comprimento de 12 m cravadas em local cuja comprimento de 12 m cravadas em local cuja sondagem com NSPT é representada na figura ao lado com a ponta à cota 13 m Fazer a previsão da capacidade de carga dessa fundação utilizando o método de Teixeira 1996 Efeito de Grupo Elemento isolado de fundação por estaca A maioria das fundações por estacas porém emprega grupos geralmente de 2 a 9 estacas Efeito de Grupo De acordo com a forma de execução daquele elemento de fundação e do tipo de terreno o efeito de grupo pode ser benéfico ou o contrário Elementos de fundação executados muito próximos o solo não participa do atrito lateral das estacas internas a Soma das capacidades individuais b Elemento único com uma base igual à área do grupo e uma superfície lateral igual à superfície externa do grupo Efeito de Grupo A capacidade de carga do grupo pode ser diferente da soma dos valores de capacidade de carga dos elementos isolados que o compõem Rg capacidade de carga do grupo de estacas Ri capacidade de carga do elemento isolado de fundação Efeito de Grupo Depende 1 Da forma e tamanho do grupo 2 Espaçamento entre estacas 3 Tipo de solo 4 Tipo de estaca Na resistência do grupo de estacas também há a contribuição do prório bloco de coroamento das estacas Outros tipos de carregamento Estacas tracionadas O atrito lateral a tração é cerca de 70 do atrito lateral a compressão A resistência de ponta é nula Velloso 1981 Cargas horizontais estacas inclinadas desde que o ângulo que a força resultante faz com a vertical seja inferior a 5º Atrito Negativo A camada adensável em vez de contribuir com o atrito lateral resistente positivo passa a gerar acréscimo de solicitação vertical na estaca de cima para baixo Efeito Tschebotarioff Povocado por sobrecargas unilaterais na superfície caso típico dos aterros de acesso de pontes de galpões industriais e de armazéns graneleiros Carga Admissível Utilizamos o valor médio de capacidade de carga Rméd introduzindo o conceito de carga admissível Pa CATÁLOGO TÉCNICO CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DAS ESTACAS DIMENSÕES DA SEÇÃO cm COMPRESSÃO ADMISSÍVEL ESTRUTURAL tf PESO NOMINAL kgm ÁREA DA SEÇÃO DE CONCRETO cm² ÁREA DA SEÇÃO CHEIA cm² PERIMETRO cm DISTÂNCIA MÍNIMA DO EIXO À DIVISA cm DISTÂNCIA MÍNIMA ENTRE EIXOS cm 15 x 15 24 56 225 225 60 40 60 17 x 17 32 73 289 289 68 40 60 195 x 195 42 95 380 380 78 40 60 215 x 215 52 116 462 462 86 40 60 235 x 235 64 138 552 552 94 45 65 265 x 265 82 175 702 702 106 45 75 295 x 295 104 217 870 870 118 45 90 Ø 36 125 197 788 1015 116 45 90 Ø 42 152 227 944 1324 132 50 105 Ø 52 235 360 1485 2057 162 60 130 Metodologias de projeto Todo projeto de fundações por estacas culmina com a previsão da cota de parada das estacas e a fixação d carga admissível Metodologias desenvolvidas por Aoki e Cintra 2000 TAB 27 Valores limites de NSPT para a parada das estacas Tipo de estaca Nlim Prémoldada de concreto Ø 30 cm 15 NSPT 25 Σ NSPT 80 Ø 30 cm 25 NSPT 35 Perfil metálico 25 NSPT 55 Tubada óca ponta fechada 20 NSPT 40 Strauss 10 NSPT 25 Franki em solos arenosos 8 NSPT 15 em solos argilosos 20 NSPT 40 Estaca e diafragma com lama bentonítica 30 NSPT 80 Hélice contínua 20 NSPT 45 Ômega 20 NSPT 40 Raiz NSPT 60 penetra na rocha sã Metodologia 1 Tipo de estaca escolhido Diâmetro ou seção transversal do fuste Adotamos a carga admissível como sendo a própria carga de catálogo e multiplicando pelo fator de segurança obtemos o valor necessário da Correspondente 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 Metodologia 2 Uma limitação do equipamento pode impor um comprimento máximo Lmáx exequível para a estaca A posição do nível dágua pode caracterizar uma profundidade máxima dependendo do tipo de estaca 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 Metodologia 3 Para cada tipo de estaca há uma faixa de valores NSPT que provocam a parada da estaca por causa da ineficiência do equipamento a partir desses valores Na sondagem contemplamos os valores de NSPT que estão dentro desse Na sondagem contemplamos os valores de NSPT que estão dentro desse limites Nlim os quais indicam as prováveis cotas de parada da estaca ou os seus prováveis comprimentos Para cada um desses comprimentos calculamos a capacidade de carga e a carga admissível Exercício 04 Para os mesmos dados do exercício 03 determinar a carga admmissível do estaqueamento a Considerando que 12 m é o máximo comprimento disponível dessa estaca e que por opção didática não haverá emenda de estaca b Considerando a possibilidade de emendar as estacas TAB 22 Estaca prémoldada de concreto Estaca Dimensão cm Carga de catálogo Pe kN Prémoldada vibrada quadrada σe 6 a 10 MPa 20 x 20 25 x 25 30 x 30 35 x 35 400 600 900 1200 Prémoldada vibrada circular σe 9 a 11 MPa Ø 22 Ø 29 Ø 33 400 600 800 Prémoldada protendida circular σe 10 a 14 MPa Ø 20 Ø 25 Ø 33 350 600 900 Prémoldada centrifugada σe 9 a 11 MPa seção vazada Ø 20 Ø 23 Ø 26 Ø 33 Ø 38 Ø 42 Ø 50 300 400 500 750 900 1150 1700 Exercício 04 TAB 28 Parcelas de resistência e carga admissível Cota da ponta m NSPT RL1 kN RL2 kN RL3 kN RL kN Rp kN R kN Pc kN 13 14 99 232 106 437 510 950 500 14 16 99 232 199 523 582 1105 550 15 15 99 232 291 622 546 1168 600 16 13 99 232 397 728 473 1201 600 17 14 99 232 476 807 510 1317 650 18 16 99 232 602 933 582 1515 750 19 21 99 232 688 1019 764 1783 900