Fundações Profundas: Tipos e Aplicações de Tubulões e Estacas

Fundações Profundas Estruturas de Fundações UNASP Plano de Ensino Tubulões e Estacas Barraza 2 Barraza Tubulões São fundações profundas de grande porte com seção circular e que apresentam em geral base alargada São usados para atravessar camadas superficiais não satisfatórias para o nível de carregamento aplicado e transmitir os esforços para camadas profundas mais resistentes Há uma dificuldade em diferenciar estacas escavadas de grande diâmetro e tubulões Em geral denominamse tubulões quando permitem a descida de um operário em seu interior pelo menos para a escavação manual da base alargada Tipos de Tubulões 4 Barraza Tubulões a céu Aberto São essencialmente poços escavados no terreno Podem ser executados sem revestimento e com revestimento Exigências solos estáveis Para isso é necessário que haja pelo menos uma pequena fração de argila no solo Tipos de Tubulões 5 Barraza Tubulões com revestimento São empregados quando o solo não é estável sem revestimento Como revestimento são utilizadas camisas de concreto ou de aço atravessando camadas não estáveis areias puras solos muito arenosos e depois embutese a base em material mais estável mais coesivo menos permeável que permita o alargamento da base mesmo que seja com esgotamento de água com bombas ou baldes Tubulões pneumáticos ou a ar comprimido 7 Barraza São usados em locais onde existe água e não é possível esgotála devido ao perigo de desmoronamento das paredes Têm sempre seus fustes revestidos seja com camisa de concreto armado seja com camisa de aço O ar comprimido é injetado no terreno para permitir o trabalho abaixo do nível dágua em terrenos mais permeáveis A pressão exercida pelo ar comprimido deve possibilitar a expulsão da água na região da escavação o princípio é o inverso do bombeamento e o valor dessa pressão é aproximadamente igual à pressão neutra no terreno Tubulões pneumáticos ou a ar comprimido 8 Barraza A profundidade máxima alcançada por estes tubulões é de cerca de 25 m abaixo do NA a fim de limitar a pressão de ar comprimido a cerca de 250 kPa Acima dessa pressão o trabalho tornase perigoso A operação de compressão e de descompressão dos operários é feita gradualmente tornandose progressivamente mais lenta à medida que a pressão aumenta A jornada de trabalho varia inversamente com a pressão sendo o serviço cada vez mais lento e oneroso à medida que a pressão alcança valores mais elevados 9 Quando Barraza Condições que favorecem o emprego Cargas muito elevadas Áreas com dificuldade de adoção de técnicas de fundação mecanizadas Regiões afastadas de grandes centros urbanos Solos argilosos menos risco de desmoronamento Riscos Queda de pessoas ao entrarem ou saírem Soterramento Queda de ferramentas e equipamentos Choque elétrico Infecções Asfixia ou intoxicação com gases Afogamento inundação 10 Especificações Barraza Cuidados Terrenos colapsíveis Acúmulo de gás na escavação Especificações Poço aberto manualmente Diâmetro mínimo 70 cm Terreno seco acima NA natural ou rebaixado 13 Controle Barraza Verificações diâmetro e prumo Profundidade alargamento do fuste estabilidade da escavação adequação do escoramento limpeza da base na cota de apoio Vantagens possibilidade de descida do operário nas escavações para limpeza da base menor custo de mobilização menor intensidade de vibração e ruído possibilidade de verificação do solo local ajuste nas dimensões controle de matacões Dimensionamento 14 Barraza Diâmetro do fuste O fuste deve ser dimensionado como uma peça estrutural de concreto simples submetida a compressão Assim para um tubulão que suporta uma carga P e uma tensão admissível no concreto sc a área será 𝐴𝑓 𝑃 𝜎 𝑐 e portanto o diâmetro do fuste será dado por 𝜑 𝑓 4 𝑃 𝜋𝜎 𝑐 𝜎 𝑐 085 𝑓 𝑐𝑘 𝛾 𝑓 𝛾𝑐 gf 140 gc 160 Fck limitado a 14 Mpa Atente para as mudanças nas Normas 15 Barraza A norma também busca limitar o uso de tubulões ao adotar importantes ressalvas quanto à segurança Na revisão de 2010 já foram impostas algumas limitações mas na nova versão decidiuse que as NRs 18 33 e 35 devem ser rigorosamente cumpridas Elas tratam de espaço confinado trabalho em altura e uso de equipamentos de proteção individual EPI Concreto para fundação deve ter trabalhabilidade não pode ter segregação tem que ser coeso e possuir bastante massa O concreto é vital como componente das fundações Por isso a norma sugere que o concreto adequado para fundações tenha as seguintes especificações fck maior que 20 MPa atendendo as normas 5738 corpos de prova e 12655 Concreto de Cimento Portland Preparo controle e recebimento e autoadensável com classificação SF2 de acordo com a norma 15823 concreto autoadensável 16 Base Barraza Base alargada Para o dimensionamento da base será apresentado aqui um procedimento muito utilizado na prática que é o de se desprezar a transferência de carga para o solo que ocorre por atrito lateral ao longo do fuste Assim considerase que a carga integral P do pilar atua na cota de apoio da base Fazse portanto a hipótese de que somente o peso próprio do tubulão é resistido pelo atrito lateral Adotando esse critério embora bastante simplista se está em geral a favor da segurança pois o atrito lateral é muito mais significativo 17 Base Barraza Conhecendose a cota de apoio da base do tubulão e a tensão admissível sadm do terreno a essa profundidade a área da base é 𝐴𝑏 𝑃 𝜎𝑎𝑑𝑚 e portanto o diâmetro da base alargada é dado por 𝜑𝑏 4 𝑃 𝜋 𝜎𝑎𝑑𝑚 18 Base Barraza Por razões de segurança recomendase que o diâmetro da base não ultrapasse o triplo do diâmetro do fuste ou seja 𝜑𝑏 3𝜑 𝑓 𝑜𝑢𝑑 𝜑 𝑓 Na equação acima d é o disparo Dessa relação obtémse um limite inferior para a tensão admissível do solo para o emprego de fundação por tubulão com bons resultados econômicos Do exposto temse 𝜎 𝑎𝑑𝑚 1 9 𝜎𝑐 19 Altura e Rodapé Barraza Para que não haja necessidade de armar a base do tubulão o ângulo deve obedecer a seguinte equação com a em radianos onde stc é a tensão admissível de tração no concreto Com o valor de a assim determinado resulta para a altura da base 𝑡𝑔𝛼 𝛼 𝜎𝑎𝑑𝑚 𝜎 𝑡𝑐 1 𝐻𝑏𝑡𝑔𝛼 𝜑𝑏𝜑 𝑓 2 Em tubulões adotase por simplicidade 60º Salvo em condições especiais não se permite para garantia da estabilidade da base uma altura Hb maior do que 2 m Caso resulte da expressão anterior um valor superior a 2m devese aumentar o diâmetro do fuste até que Hb 2 m O rodapé deve ser no mínimo de 20 cm 21 Exercício 1 Barraza Dimensionar o tubulão para o pilar indicado com carga de 1510 kN o qual se apoia diretamente sobre o tubulão A tensão admissível do terreno na cota de apoio da base é de 05 MNm2 20 cm 80 cm 𝐴𝑓 𝑃 𝜎 𝑐 𝜑 𝑓 4 𝑃 𝜋 𝜎 𝑐 𝐴𝑏 𝑃 𝜎𝑎𝑑𝑚𝜑 𝑏 4 𝑃 𝜋 𝜎𝑎𝑑𝑚 𝐻𝑏 𝑡𝑔𝛼 𝜑𝑏𝜑 𝑓 2 𝜎 𝑐 0 85 𝑓 𝑐𝑘 𝛾 𝑓 𝛾𝑐 gf 140 gc 160 Fck limitado a 14 Mpa 22 Exercício 1 Barraza Dimensionar o tubulão para o pilar indicado com carga de 1510 kN o qual se apoia diretamente sobre o tubulão A tensão admissível do terreno na cota de apoio da base é de 05 MNm2 20 cm 80 cm 𝜑 𝑓 41510 𝑘𝑁 𝜋 𝜎𝑐 𝐴𝑏 𝑃 𝜎𝑎𝑑𝑚 𝜑 𝑏 41510 𝜋 500 𝐻𝑏tg 60 2060 2 𝜎 𝑐08514 1 416 531𝑀𝑃𝑎 060 m 196 m 𝐻𝑏 𝑡𝑔𝛼 𝜑𝑏𝜑 𝑓 2 125 m 23 Exercício 1 Barraza 2 m 𝐻𝑏125𝑚 𝜑 𝑓 0 60 𝑚 24 Exercício 2 Barraza Para o pilar indicado projetar a fundação em tubulão com sadm 06 MNm2 30 cm 30 cm 50 cm 70 cm 30 cm 110 cm A B PA 700 kN PB 1000 kN 25 Capacidade Barraza Capacidade de Cargas em Tubulões A capacidade de carga é a soma da parcela de atrito mais a parcela devida à ponta Em tubulões conforme já mencionado a parcela de atrito pode ser desconsiderada Assim sendo temse 𝜎 𝑟 𝑃𝑏 𝐴𝑏 𝜎 𝑎𝑑𝑚 𝜎𝑟 𝐹𝑆 Prova de Carga Terzaghi Métodos Empíricos Estimada a partir do valor médio do SPT na profundidade de 15 a 2 vezes o diâmetro da base a partir da cota de apoio da mesma 𝜎 𝑎𝑑𝑚 𝑁𝑠𝑝𝑡 30 𝑀𝑝𝑎 26 Trabalho Barraza Outra fórmula muito empregada é sadm 002 NSPT sv 004 N SPT Nesta equação sv é a tensão vertical efetiva na cota de apoio do tubulão Em caso de Argilas a tensão admissível pode ser calculada a partir da tensão de preadensamento sadm sa