Fundacoes Profundas: Tipos, Metodos e Estaca Franki - Engenharia Civil

UC Estruturas de fundações e contenções Engenharia de Civil Aula 9 Fundações Profundas Prof Caroline Sales A escolha da solução de fundação deve ser função das características da obra do subsolo e da logística executiva tempo e custo 1 Considerações iniciais 3TIPOS DE FUNDAÇÕES FUNDAÇÕES PROFUNDAS 3TIPOS DE FUNDAÇÕES FUNDAÇÕES PROFUNDAS 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Tipo Franki Bateestaca típico Vista do bate estacas Franki 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Tipo Franki Método executivo 1 Posicionamento do tubo de revestimento 2 Formação da bucha brita e areia dentro do tubo 3 Compactase a bucha com o pilão de maneira a fazêla aderir ao tubo 4 Cravase o tubo no terreno através do impacto do pilão na bucha 5 A profundidade é definida pela nega do tubo para o queda de 10 m no pilão 10 golpes nega entre 5 e 20 mm p queda de 50 m 1 golpe nega entre 5 e 20 mm 6 Prendese o tubo na torre 7 Expulsase a bucha para iniciar a base alargada 8 Alargase a base pelo apiloamento de pequenas quantidades de concreto quase seco 9 Colocase a armação e compactase volume adicional de concreto para fixála 10 Iniciase a concretagem do fuste com pequenas quantidades de concreto concreto Fck 20 MPa baixo fator águacimento e slump zero 11 Recuperase o tubo à medida que o concreto é apiloado 12 Marcações no cabo do pilão controlam a altura das camadas de concreto Tipo Franki Alternativa na cravação Quando há problema para a penetração do tubo tais como ocorrência de matações ou camadas de solo muito resistente podese utilizar tubo aberto na cravação Neste caso utilizase bateestaca adequado e ferramentas especiais como piteira sonda pilão e trépano Fases de execução da estaca tipo Franki usando cravação com tubo aberto 1 Cravação do tubo pelo método padrão 2 Remoção da bucha e escavação com piteira 3 Cravação do tubo de revestimento com golpes de pilão na capacete 4 Limpeza do tubo com piteira 4A As operações 3 e 4 podem ser combinadas alternadamente até atingir profundidade desejada 5 Formação da bucha 6 Prosseguimento pelo método padrão 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Método Executivo Strauss Perfuracao 1 Iniciase com um préfuro feito com a sonda 2 Posicionase o primeiro tubo com extremidade inferior dentada 3 Posicionase a sonda internamente ao tubo 4 A sonda é manobrada para cima e para baixo cortando o terreno 5 É jogado água internamente e externamente ao tubo 6 A sonda é retirada e o material escavado é descarregado pelas janelas 7 Tendo escavado o comprimento de um tubo iniciase manobra conjunta tubosonda Colocase uma haste de aço na seção superior do tubo Com a sonda ele e percutido para dentro do furo escavado 8 Rosqueiase novo tubo e continua o procedimento 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Strauss Concretagem da estaca 1 Lavase o tubo internamente retirandose lamaágua com a sonda 2 O soquete é lavado e posicionado 3 O concreto é lançado através de funil Fck 15 Mpa slump 8 cm Consumo de cimento 300 kgm³ 4 Apiloase o concreto com o soquete formandose um bulbo na base 5 Na concretagem do fuste vaise retirando o tubo à medida que o concreto é socado Cada camada de concreto deve ter 10 m 6 Devese manter uma coluna de seis metros de concreto a fim de evitar solapamentos e mistura com solo 7 Colocase no topo a ferragem de espera Obs A estaca pode ser armada 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Strauss Principais vantagens 1 Equipamento leve e econômico adaptase em terrenos pequenos 2 Ausência de vibrações 3 Possibilidade de executar a estaca do tamanho projetado 4 Possibilidade de verificar corpos estranhos no solo 5 Possibilidade de verificar a natureza do solo 6 Possibilidade de executar a estaca próximo a divisas 7 Estacas econômicas para cargas leves 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Strauss Limitações 1 Com elevada vazão não se consegue esgotar a água com a sonda Não é recomendada nestes casos 2 Em argilas moles ou areias submersas o risco de seccionamento é muito grande Não é recomendada nestes casos 3 Devese ter um controle rigoroso na concretagem falhas e na retirada do tubo 4 Indicadas para comprimentos máximos de 250 m 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Estacas escavadas Hélice Contínua Originária nos EUA e aplicada na Europa e Japão na década de 1980 No Brasil desde 1987 É executada por meio de escavação com um trado contínuo e injeção de concreto sob pressão controlada através da haste central do trado simultaneamente à sua retirada do terreno 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Hélice Contínua Perfuração Método Executivo 1 Posicionase a hélice espiral que na parte inferior possui dentes que facilitam a escavação 2 Cravase a hélice por meio de uma mesa rotativa 3 O tubo central é vedado na parte inferior com uma tampa de proteção para evitar a entrada do solo 4 A perfuração é contínua para não permitir alívio significativo das tensões do terreno Isto torna a execução possível em solos coesivos e arenosos na presença ou não do lenço freático 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Hélice Contínua Vantagens 1 Elevada produtividade 2 Adaptável à maioria dos terrenos Exceto rocha e matacões 3 Não causa vibrações e descompressão no terreno 4 Não usa lama betonítica 5 Cargas leves ou pesadas Limitações 1 Equipamento de grande porte necessita de áreas planas 2 Necessita de pá carregadeira para remoção do material escavado 3 Custo de mobilização elevado Número mínimo de estacas 4 Limitadas a 24 metros de profundidade 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Hélice Contínua Concretagem 1 Atingida a profundidade determinada iniciase a concretagem através do tubo central 2 À medida que vai bombeando o concreto a hélice vai sendo retirada O tampão é expulso pelo concreto 3 Concreto fck 20 MPa slump 200 mm consumo de cimento 350 a 450 kgm³ 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Hélice Contínua Armação 1 As estacas submetidas somente a esforços de compressão normalmente não são armadas 2 A armação quando necessária é colocada após a concretagem com as dificuldades inerentes 3 As gaiolas são com barras de grosso diâmetro e estribos na forma helicoidal soldados nas barras 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Hélice Contínua Monitoramento As estacas hélice contínua são monitoradas por sistema de computador alimentado por baterias O operador monitora da cabine através de mostradores digitais diversos parâmetros da estaca tais como profundidade velocidade de rotação da mesa torque inclinação da estaca pressão e volumes do concreto etc Para cada estaca é emitido um relatório com o seu perfil provável Profundidade máxima 30 metros Diâmetros de 40 a 80 cm Carga de trabalho de 80 a 320 t idealizadas para solos transportados mas pode ser usada em residual Para grandes quantidades é melhor que a broca 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Estacas Escavadas Injetadas Tipo Raiz A técnica de estacas injetadas foi originalmente desenvolvida para reforço de fundações e melhoramentos das características mecânicas de solos A patente italiana data de 1952 e com o domínio público na década de 1970 iniciouse a comercialização de estacas similares por diversas empresas Inicialmente eram denominadas estacas de pequeno diâmetro ou micro estaca EstacaRaiz Central de Injeção de Argamassa Perfuração e Instalação de Revestimento EstacaRaiz Central de Injeção de Argamassa Perfuração e Instalação de Revestimento EstacaRaiz Central de Injeção de Argamassa Instalação da Armação EstacaRaiz Central de Injeção de Argamassa Instalação da Armação 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Tipo Raiz Método Executivo 1 A perfuração é realizada por meio de perfuratriz rotativa com a descida de tubo de revestimento Em terrenos resistentes utilizase brocas de três asas ou coroa diamantada 2 Em solos a perfuração é auxiliada por circulação de água 3 A armadura é montada na forma de gaiola 4 Após o término da escavação mantémse a circulação de água até a limpeza completa do tubo 5 Colocase tubo 112 internamente procedendo a injeção de argamassa de baixo para cima Consumo mínio de 600 kgm³ 6 Rosqueiase na parte superior um tampão e aplicase golpes de ar comprimido que auxiliado por macaco hidráulico retira o revestimento Completase o nível de argamassa 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Estaca injetada raiz a tubo de perfuração b coroa c armadura d tubo de concretagem e argamassa f tampão g ar comprimido FASES DE EXECUÇÃO 1 Perfuração em execução 2 Perfuração terminada 3 Colocação de armadura 4 Introdução de argamassa 5 Introdução de argamassa terminada 6 Retirada do tubo de perfuração e aplicação de ar comprimido 7estacaraiz completa diâmetro entre 10cm e 40cm 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Prémoldadas Caracterizamse por serem cravadas no terreno por percussão prensagem ou vibração São constituídas por um único elemento estrutural madeira aço ou concreto ou pela associação de dois destes elementos estacas mistas 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Estacas de madeira Em obras definitivas devese usar madeira de lei Abaixo do lenço freático a sua duração é ilimitada Atualmente a sua utilização é limitada em razão da dificuldade em obter boas estacas Para evitar danos durante a cravação as cabeças devem ser protegidas por anel de aço 20 cm 150 kN 30 cm 300 kN 40 500 kN Estacas metálicas São utilizados perfis de aço I ou H tubos e trilhos usados Podem ser cravadas em terrenos resistentes sem risco de levantar estacas vizinhas Estando coberta por solo a corrosão é praticamente inexistente Custo elevado devido ao material e pela diferença de comprimento em relação a outras estacas Estacas de concreto São confeccionadas com concreto armado ou protendido e adensadas por centrifugação ou vibração As seções são quadradas circulares maciças ou vazadas Comprimento da peça de 12 m devendo ser emendadas através de anéis solddados tração A carga máxima é indicada pelos fabricantes porém devese observar se o comprimento é compatível com a transferência de carga para o solo comprimento de até 50 metros Porto módulos de 12 metros comum Estaca prémoldada de concreto 1 Marcações dos piquetes Posicionamentos dos locais das estacas Estaca prémoldada de concreto 2 Estaca prémoldadas Estaca prémoldada de concreto 3 Posicionamento do Bate estaca Estaca prémoldada de concreto 221 Estacas prémoldadas de concreto Estaca cravada Estaca prémoldada de concreto Nega de uma estaca cravada à percussão Toda a estaca cravada por percussão terá sua cravação dada como finda quando o parâmetro chamado nega for atingido Quando o elemento atinge a profundidade para a qual foi projetado verificase a nega da estaca Tratase da medição do deslocamento da peça durante três séries de dez golpes de martelo Com base nesses dados o técnico responsável poderá avaliar rapidamente se a estaca está atendendo à capacidade de carga de trabalho necessária para o atendimento do projeto A nega nos informa através de fórmulas dinâmicas a capacidade de carga da estaca função da penetração que ela terá quando lhe for aplicado um determinado número de golpes do martelo As fórmulas dos Holandeses e a de Brix são duas das fórmulas usadas para este cálculo GRÁFICO DE CRAVAÇÃO Nº DE GOLPES 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Nº DE GOLPES SPT 18mm 68mm Emendas e blocos de coroamento luvas de encaixe Recomendase emenda soldada PILAR BLOCO ESTACAS VIGA BALDRAME 3TIPOS DE FUNDAÇÕES 41244 Estacas Ômega A estaca Omega é uma estaca de concreto moldada in loco com ausência total de vibração ou distúrbios durante a execução e sem a retirada do solo da escavação comportandose como uma estaca de deslocamento A estaca Omega foi desenvolvida na Bélgica a partir de 1993 difundindose inicialmente para os países vizinhos da Europa Reino Unido e Austrália No Brasil foi introduzida pela Fundesp no final de 1996 O princípio da estaca Omega é baseado na forma do trado de perfuração com o diâmetro e passo da hélice espiral aumentados progressivamente de forma a utilizar a mínima energia necessária torque para deslocar e compactar lateralmente o terreno A metodologia executiva deste tipo de estaca é semelhante ao da Hélice Contínua diferenciando apenas no processo de furação pois não há retirada do solo e este é compactado à lateral do furo 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Os diâmetros do trado ômega disponíveis iniciam com 270mm a 470mm com incrementos no diâmetro de 50mm Não há nenhuma limitação teórica para os diâmetros do trado ômega contanto que haja quantidade de energia disponível torque para cravar o trado no terreno No que se refere à profundidade é possível executar estacas de até 28m de profundidade dependendo do tipo de solo e do equipamento torque e diâmetros a serem utilizados 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Características da estaca Mega Possibilidade de substituição das fundações existentes simultâneas ao uso da edificação Acréscimo da capacidade suporte das fundações existentes Modificação parcial de fundações existentes em virtude de uma eventual deficiência localizada recalques diferenciais Execução em locais pequenos e de difícil acesso a pessoas e equipamentos Isenção de vibrações durante a cravação reduzindo os riscos de uma eventual instabilidade que por ventura venha a ocorrer devido à precariedade de fundações existentes Aumento imediato da segurança da obra após a cravação sucessiva de cada estaca Mega Limpeza da obra durante a execução sem adição de água ou formação de lama 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Fundações do Edifício Mega Metálico Escoramento de Madeira Provisório 3TIPOS DE FUNDAÇÕES A estaca Raymond é uma estaca de concreto possuidora de camisa metálica perdida As estacas de tubo perdido não normalmente são executadas no Brasil devido ao seu alto custo 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Tubulões Tubulões Céu aberto Tipo poço Tipo Chigago Tipo gow Pneumático Tipo benoto Tipo anel de concreto 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Tubulões a céu aberto FUSTE BASE RODAPÉ 15 a 20cm 3TIPOS DE FUNDAÇÕES 424 Tubulões tipo Chicago O poço é aberto por etapas no tubulão tipo Chicago Numa certa profundidade colocamse pranchas de escoramento mantidas na posição por travamentos de anéis metálicos Escorado o novo trecho escavase o novo terreno escorandose como anteriormente repetindose esta sequência até atingir o terreno onde será feita a base PRANCHA ANÉIS PRANCHA 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Tubulões a céu aberto Início das escavações Escavação da base 3TIPOS DE FUNDAÇÕES Tubulões a ar comprimido campânula câmara hiperbárica uma atmosfera suplementar para cada 10 metros de coluna dágua que se queira enfrentar Execução de tubulões Doís Operários Ferramentas Sarilho Vangas Baldes Abertura do fuste EXEMPLO DE VIABILIDADE PARA PROJETO DE FUNDAÇÕES ESTUDO DE CASO PROJETO DE FUNDAÇÕES DESENHOS LOCAÇÃO Adotar referencial adequado CARGAS NA FUNDAÇÃO PLANTA DE FORMAS E CORTES ARMAÇÃO Detalhamento Detalhes típicos NOTAS E TABELAS Especificação dos materiais Tabelas de aço consumo de concreto e área de formas Procedimentos executivos Métodos de controle Documentos de referência Demais disposições gerais PROJETO DE FUNDAÇÕES RELATÓRIO DOCUMENTOS DE REFERÊNCIA Projetos de arquitetura Projeto de estruturas Levantamento planialtimétrico Investigações geotécnicas relatório de sondagem por exemplo NORMAS TÉCNICAS PERTINENTES ESCOLHA DA SOLUÇÃO MEMORIA DE CÁLCULO Dimensionamento estrutural manual ou computacional eberick Cypecad TQS Dimensionamento geotécnico métodos numéricos e empíricos AokiVelloso Decourt Quaresma Considerações finais Recomendações Anexos Investigação geotécnica Perfil geológico Dimensionamento estrutural Planta de cargas e locação dos pilares Necessidade de incluir o custo do rebaixamento Estimado em R 18800000 durante 6 meses Opção 1 CUSTO NÚMERO QUANTIDADE DIAMETRO DA ESTACA cm CARGA POR ESTACAtf QUANTIDADE DE ESTACAS POR BLOCO COMPRIMENTO ESTIMADO m P1 P2 P5 P7 P8 P10 P13 P16 P18 P23 P27 P28 P29 13 143 SP5 30X250 250 1 9 P3 P4 P6 P11 P15 P20 P24 P25 P26 9 310 SP5 30X250 250 2 9 P9 P12 P14 P17 P21 P22 P5 7 625 SP5 30X250 250 3 9 PILARES CARGA POR PILAR tf SONDAGEM DE REFERENCIA ESTACAS TIPO BARRETE Opção 4 SERÁ QUE PRECISA PILARES NÚMERO QUANTIDADE TOTAL CONCRETO m³ AÇO kg ESCAVAÇÃO m CONCRETO m³ AÇO kg FORMAS m² LASTRO DE CONCRETO MAGRO m³ ESCAVAÇÃO m³ P1 P2 P5 P7 P8 P10 P13 P16 P18 P23 P27 P28 P29 13 8775 702000 11700 4095 4095 1053 2275 4095 P3 P4 P6 P11 P15 P20 P24 P25 P26 18 12150 972000 16200 567 5670 1296 315 567 P9 P12 P14 P17 P21 P22 P5 21 14175 1134000 18900 6615 6615 1449 3675 6615 TOTAL 52 35100 2808000 46800 16380 1638000 37980 910 16380 BLOCO ESTACAS TIPO BARRETE Opção 2 e 3 Fundação Profunda QUANTIDADE TOTAL R CONCRETO fck25MPA m³ 31547 R 51480 16240396 R AÇO kg 644 R 4446000 28632240 R FORMAS COMUM m² 4918 R 37980 1867856 R CONCRETO fck11MPA m³ 30337 R 910 276067 R ESCAVAÇÃO ESTACA STRAUSS m 9939 R R ESCAVAÇÃO ESTACA HÉLICE CONTINUA m 13006 R R ESCAVAÇÃO ESTACA BARRETE m 70000 R 46800 32760000 R ESCAVAÇÃO MECANICA m³ 814 R 16380 133333 R MOBILIZAÇÃO EQUIPAMENTO unid R 1 7460100 R TOTAL 87369992 R REFERÊNCIA DE PREÇOS SIURB Database Janeiro de 2016 ESTACA BARRETE ITENS UNIDADE UNITÁRIO R Opção 2 e 3 Fundação Profunda CONCLUSÃO DO ESTUDO DE CASO Considerando que todas as soluções expostas atendam as condicionantes técnicas a viabilidade econômica destas segue a seguinte ordem Fundação direta do tipo sapata SEM O REBAIXAMENTO Estaca hélice contínua Estaca Strauss Estaca Barrete Contudo na obra em questão será necessário o emprego de estruturas de contenção para a execução do subsolo Então caso optese pela execução de parede diafragma os custos da estaca barrete seriam reduzidos sensivelmente uma vez que sua execução emprega os mesmos tipos de equipamento Dividamse em duplas e apresentem alternativas para a escolha do tipo de fundação para os casos apresentados a seguir EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO EXERCÍCIO 1 EXERCÍCIOS DE APLICAÇÃO EXERCÍCIO 2