Transcript
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INVESTIGAÇÕES GEOTÉCNICAS
As investigações Geotécnicas são necessárias quando se vão projetar obras sobre a terra (solo). A função do engenheiro de fundação é conhecer perfeitamente a interação solo-fundação-estrutura.
Questões que se apresentam ao engenheiro de fundações:
Qual o tipo de fundação mais adequado para a obra?
Qual a carga admissível no solo?
Qual o recalque tolerado pela estrutura?
SOLOS:
São materiais decorrentes da decomposição de rochas.
Pedregulhão:
5 mm < Ø < 5 cm
Areia:
0,05 mm < Ø < 5 mm
Silte:
0,005 mm < Ø < 0,05
Argila:
Ø < 0,005 mm
Turfas:
Solos provenientes da decomposição de plantas e raízes. São altamente compressíveis.
N.A., Resistência, Tipo do solo
Prospecção geotécnica do subsolo.
Objetivos de um programa de investigação:
Determinar a extensão, profundidade e espessura de cada horizonte do subsolo;
Determinar a posição do N.A;
Determinar a consistência e a compacidade dos solos.
Métodos de investigação do subsolo:
Poços;
Trincheiras;
Trados;
Sondagens a percussão, sondagens rotativas e sondagens mistas.
Trados:
São utilizados na obtenção de amostras deformadas dos solos, determinação do N.A. e na determinação das espessuras dos horizontes do subsolo.
Limitações:
Camadas de pedregulhos;
Camadas de areia compacta;
N.A.;
Apresentação:
Em formas de perfil.
Perfil geotécnico (longitudinal):
ST- 1 ST0-2 N-T
Argila
Vermelha
Silte arenoso
Amarelo
N.A. N.A
4. Sondagens a Percussão:
custo de 0,01% do valor da obra;
facilidade de execução em locais de difícil acesso;
permite a coleta de amostras do solo a diversas profundidades;
possibilita determinar a posição do N.A;
permite determinar a consistência e a compacidade dos solos atavés da maior ou menor facilidade de penetração do amostrador "SPT" no solo.
5. Convenção gráfica:
ATERRO
PEDREGULHO
ARGILA
:::::::::::::::
AREIA
SILTE
ROCHA ALTERADA (SAPROLITO)
MATÉRIA ORGÂNICA (TURFA
6. Exemplos:
6.1 - solos arenosos
Areia
Areia siltosa
Areia argilosa
Areia sito-argilosa
Areia argilo-siltosa
6.2 – solos siltosos:
Silte
Silte arenoso
Silte argiloso
Silte areno-argiloso
Silte argilo-arenoso
6.3 – solos argilosos
Argila
Argila siltosa
Argila arenosa
Argila silto-arenosa
Argila areno-siltosa
Fundação:
Carga dos pilares.
Sondagens
Consistência (argilosa)
Compacidade (siltosos arenosos)
Conhecimento solo - [tátil e visual].
Argila:
Comprime com o dedo – coesão – C 0
Ø < 0,005 mm.
Silte arenoso amarelo:
Silte C = 0
Areia 0,05 < Ø < 5 mm
Pedregulho Ø > 5 mm
Você define quanto maior material existe numa amostra olhando a sua configuração.
Pedregulho
Areia
Silte
Argila
Perfil Geotécnico:
N= golpes
I = (15 cm)
Int. (15 cm)
F. (15 cm)
7
10
11
N = 10 + 11 = 21
SONDAGEM A PERCUSSÃO
1 – Amostragem e ensaio de penetração dinâmica:
O amostrador "SPT" é conectado à haste de perfuração e descido no interior do furo de sondagem. Utilizando-se o topo do tubo de revestimento como referência de nível, marca-se na haste de perfuração com giz, um segmento de 45 cm, dividido em 03 partes de 15 cm.
O ensaio de penetração consiste na cravação do amostrador no solo através de quedas sucessivas do martelo de 65 kg, caindo de 75 cm de altura.
Procede-se a cravação dos 45 cm do amostrador, anotando-se, separadamente, o número de golpes para cravar cada 15 cm.
Amostrador "SPT"
Ø Ext. - 2"
Ø Int. - 1 "
2 – Critérios de paralisação das sondagens:
Quando em 3 metros sucessivos forem obtidos índices de penetração superiores ou iguais a 30/30.(cargas de construções menores).
Quando em 3 metros sucessivos forem obtidos índices de penetração superiores a 45/15 ;
Quando em 04 metros sucessivos forem obtidos índices de penetração entre 45/15 e 45/30.
3 – Observação do N.A.
Deve-se anotar a profundidade em que o mesmo ocorre durante a sondagem e após 24 horas. Usa-se o "PIO". (após 24 horas)
4 – Índices de resistência à Penetração (N).
O índice de resistência à penetração (N) é igual ao número de golpes necessários à cravação dos últimos 30 cm do amostrador ("SPT");
O índice permite determinar a consistência e a compacidade dos solos argilosos e arenosos/siltosos, respectivamente.
5 – Representações dos resultados
Solos arenosos e siltosos:
Compacidade
N(n. de golpes)
0
Fofa
Pouco compacta
Medianamente compacta
Compacta
Muito compacta
4
5 – 10
11 – 30
31 – 50
> 50
< 30
30 – 35
35 – 40
40 – 45
> 45
0 = < de atrito interno
Solos argilosos:
Consistência
N(n. de golpes)
Coesão
C (T/m2)
Muito mole
Mole
Média
Rija
Muito rija
dura
< 2
2 < 4
4 – 8
8 – 15
16 – 30
> 30
< 1
1 – 2,5
2,5 – 5
5 – 10
10 – 20
> 20
6 – Programa para investigação do subsolo:
Área construída – (m2) Projeção horizontal
Número de furos (mínimos)
200
200 – 400
400 – 600
600 – 800
800 – 1000
1000 – 1200
1200 – 1600
1600 – 2000
2000 – 2400
> 1400
2
3
3
4
5
6
7
8
9
À critério
Obs.: Em lote ou área sem projeto arquitetônico, adotar a tabela pela
área do lote.
7 – Distribuição dos furos de sondagem:
A distância entre furos deve ser no máximo de 25 metros.
Se o terreno for ± igual não é necessário fazer tantos furos. (bom senso).
Prof. (m)
Penetração (cm)
I
INT
F
4,00 – 4,45
5
7
8
4,45 – 5,00
Usa
Trado ou
Trépano
5,00 – 5.45
6
8
11
5,45 – 6,00
Usa trado ou trépano
N4m = 7 + 8 = 15 (argila siltosa vermelha) C = 12 t/m2
Fica: Argila siltosa, consistência rija, cor amarelo. 0 = 370
N 5m = 8 + 11 = 19 (Silte arenoso amarelo), Após olhar a tabela você completa o nome. Fica: Silte arenoso ,medianamente compacto, cor amarelo. 0 = 370
- Penetração fracionada:
Penetração fracionada:
Ex.: Deu 40 golpes e penetrou 0,5cm, ficando 40/5 = n. de golpes/ penetração.
Boletim de sondagem: (sondador)
Obra: X
Cliente Y Tipo de sondagem: Percussão
Amostras
Furo – SP - 1
N.A. 4,00 m
Prof. (M)
Num. Golpes
IN.
final
I
INT
F.
Classificação do solo
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
1,00
1,45
2,45
3,45
4,45
5,45
6,45
7,45
8,30
9,05
AVA
1
3
3
4
5
8
15
20
40/5
N
3
3
5
6
7
10
17
25
-
ÇO
3
5
7
10
11
13
23
-
-
Solo argiloso, cor marron.
Idem.
Argila silto-arenosa , cor vermelha
Idem.
Silte arenoso , cor cinza.
Argila arenosa amarela.
Saprolito de Gnaisse.
Perfil geológico - geotécnico - Eng. Geotécnico / Geólogo
Obra: X Tipo de sond.: Percussão
Cliente: Y Furo: SP- 1
№ Golpes (N)
Resistência à penet. № golpes /30 cm
10 20 30 40
NA
(m)
Prof.
(m)
Conv. gráfica
Classificação do solo
Avanço
1
4,00m
2,00
Argila siltosa
Média marron
6
2
8
3
4,45
Argila silto arenosa de rija à muito rija vermelha
12
4
16
5
7,00
Silte arenoso medianamente compacto cinza
18
6
23
7
8,00
Argila arenosa
Dura amarela
40
8
45/30
9
9,05
Saprolito de
Gnaisse
40/5
10
Solo aluvionar – solo que é levado pelo rio ou chuva com matéria orgânica;
Solo residual – camada mostrada na figura;
Solo saprolitico – idem;
Solo coluvial – camada mostrada na figura.
FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS:
Capacidade de carga dos solos
1 – Solos compactos ou Rijos.
São os solos pouco compreensíveis. A curva pressão X recalque para esses solos apresenta uma pressão de ruptura bem definida.
Esse tipo de ruptura é chamado de generalizada.
Em termo de "SPT":
- Solos argilosos;
- N 15 golpes;
- Solos arenosos e siltosos;
- N 20 golpes.
2 – Solos fofos e moles
A curva pressão X recalque para esses solos não apresenta uma pressão de ruptura bem definida. Nesses casos é comum fixar-se um recalque e daí obter-se a pressão correspondente.
Esse tipo de ruptura é chamado de localizada.
Em termos de "SPT";
- Solos argilosos
N < 15 golpes;
- Solos arenosos e siltosos
N < 20 golpes
3 – Capacidades de carga dos solos
É a pressão que aplicada ao solo causa sua ruptura.
3.1 Fórmula de Therzaghi para ruptura generalizada.
Fundação Corrida:
A capacidade de carga dos solos é igual a soma das resistências ao cisalhamento das zonas I e II.
- Para as fundações corridas.
Pr = C. Nc + γ. b.N γ + γh . Nq
- Para fundação de base quadrada de lado igual (2b).
2 b
2 b
Pr = 1,3c. Nc + 0,8 γb . Nγ + γ h. Nq
- Para fundação de base circular de raio (r)
Pr = 1,3 c. Nc +10,6 .r. γ. Nγ + γh. Nq
- Para fundação de base retangular.
a
b
Pr = 1,1 c. Nc + 0,45 γ.b.Nγ +γ.h.Nq
- NC, Nγ , Nq: são fatores de capacidade de carga em função do de atrito interno ( 0)
Casos particulares:
Solos puramente coesivos (argila).
0 = 0 NC = 5,7
Nγ = 0
Nq = 1
- Fundação corrida:
Pr = 5,7 . C + γ .h
- Fundações quadradas e circulares:
Pr = 7,4.C + γ .h
- Fundações retangulares:
Pr = 6,4. C + γ . h
2 – Solos puramente granulares (areias e siltes puros)
C = 0 e 0
- Fundações corridas:
Pr = γb . Nγ + γ.h . Nq
- Fundações base quadrada:
Pr = 0,8 γ .b . N γ+ γ . h. Nq
- Fundações base circular:
Pr = 0,6. γ .r. N γ + γ .h.Nq
- Fundação base retangular
Pr = 0,45. γ .b. N γ+ γ .h.Nq
3.2 – Fórmulas de terzaghi para ruptura localizada.
As formulas são as mesmas anteriores, bastando trocar:
NC por N'C
Nγ por N'γ
Nq porN'q
Capacidade de carga dos solos a partir do "SPT".
1 – Solos Granulares (solos arenosos e siltosos)
- Ábaco 1:
N=20 N=15
N=10
B (Pés)
Fornece a parcela (P1) da pressão admissível a partir da largura da base da sapata.
1 pé = 33 cm
- Ábaco 2
N núm. de golpes da sondagem a percussão.
N=20 N=15
N=10
H (pés)
*Fornece a parcela (P2) da pressão admissível a partir da profundidade da base da sapata.
- Pressão admissível (p )
Р = p1 + p2 (kgf/ cm2)
Para X > A
Geralmente após 3,00 metros é considerada fundação profunda.
A – maior lado da base da sapata;
B – menor lado da base da sapata. {X – distância do fundo da sapata até o N.A.
Se X < Δ, vem:
р= P1+P2 (kgf/cm2)2
2 – capacidade de carga de solos granulares considerando o recalque máximo admissível:
- Sapata corrida ( B < 4 pés)
р¯ = N.ΔH8
N- № golpes
Sapata corrida B>4 pés
_
P= N.Δ H x (B + 1)
12 B
- Sapata com carga centrada (eixo/Pilar)
р = N.ΔH12
B= menor lado da base da Sapata (Pés)
N= núm. de golpes (SPT) onde se situa a base da Sapata.
ΔH = recalque admissível (polegadas)
_
P= pressão admissível (kgf./cm2)
- Segundo Meyenhoj, após investigações chegou a conclusão de que os valores encontrados com essas fórmulas são bastante conservadores, podendo ser majorados em 50%.
P f = 1,5 x р (kgf/cm2)
3- Solos coesivos (solos argilosos):
- Argila
P = N4 (kgf./cm2)
N = № golpes
- Argila siltosa
_
P = N5 (kgf./cm2)
- Argila silto arenosa
_
P= N7,5 (kgf./cm2)
4 - Recalques diferenciais máximos não prejudiciais às estruturas
4.1 Edifícios cujo maior vão é no máximo 15 m.
4.2 Edifícios cujo menor vão é no mínimo 15 m.
R.D
Danos
R.D
Danos
RD < 0,18% de L
Não há danos.
RD < 0,20% L
Idem
0,18% L < RD < 0,31% L
Origem de fissuras na alvenaria.
0,20% L 0,42% L
Dará origem a fissuras e trincas na estrutura, será necessário reforçar o prédio.
RD > 0,60% L
Idem
R.D Recalque diferencial
L Vão entre pilares
Exemplo: 1
Verificar se um recalque de 2,5 cm é prejudicial a estrutura. Esboçar desenho abaixo;
L = 10 m
ΔH
Nota: o recalque é tirado por diferença de nível entre pilares mensalmente, até se verificar estabilidade.
ΔH = 2,5 cm
RD% = ΔHL x 100
RD% = 2,51000 x 100 RD% = 0,25%
Conclusão: ocorrerão fissuras na alvenaria.
Exemplo: 2 (Sapata retangular)
B Δ > B
Δ
Solo:
Areia
Siltosa
vermelho
Solução:
N=15; Δ = 3m; B=2m
B= 2m = 6 Pés
Ábaco I P1 = 1,3 kgf./cm2
H = 2m = 6 Pés
Ábaco 2 P2 = 0,4 kgf./cm2
_
P = p1 + p2 = 1,3 + 0,4 = 1,7 kgf./cm2
Exemplo: 3 (Sapata corrida)
SP
18 H
20 B
25 Solo : Silte arenoso amarelo.
ΔH = 2,5cm 1''
B = 2m 6 Pés
H = 1,5 m
_
P = N. ΔH . (B+1) P = 18.1 (6+1) P¯ = 1, 6 kgf/cm2
12 B 12 6
Segundo Mejenhof:
P¯ f = 1,5 x 1,6 Pf= 2,3 kgf/cm2
Calcular a pressão admissível para a fundação de base retangular abaixo:
(Utilizar a fórmula de Terzaghi – Ante-projeto)
SP N.T
Av.
15
17
20 ____________
N.A
Areia Silto-argilosa, cor marron.
B=1,5
A = 2,0 m
Solução:
Características do solo
N=15 γ = 1,6 T/ m3
= 320
C = 10 t/m2
Terzaghi (utilizado para estudo de anteprojeto)
Sapata de base retangular:
Pr = 1,1 . C. N'c + 0,45. γ .b. N'. γ+γ.h.N'q
N=15 (solo arenoso)
Está sujeito a ruptura localizada.
N=15 = 32 N'c = 19,0
N'q = 8,3
N'γ= 5,7
Adotar = 30 ou interpolar
Pressão de Ruptura
Pr = 1,1x 10 x 19 + 0,45 x 1,6 x 1,5 x 5,7 + 1,6 x 1,5 x 8,3
Pr = 235 t/m2
Pressão admissível ( P¯ )
P¯ = Pr = 235
CS 3
P¯ = 78 t/m2
- Carga limite do pilar:
P¯ = P P = P¯ x S P = 78 x (2 x 1,5) = 234 t.
S
c) Pressão admissível através do emprego dos Ábacos 1 e 2.
- Ábaco 1
B= 1,5 m = 5 pés
N = 15
P 1 = 1,2 kgf/cm2
- Ábaco 2
H = 1,5m = 5pés
N = 15
P2 = 0,5 kgf/cm2
- Pressão admissível
X = 2,5 m
Δ = 2,0 m X > Δ, então
P = P1 + P2 = 1,2 + 0,5
P = 1,7 kgf/cm2 ou P = 17 t/m2
Cálculo da pressão admissível através do recalque máximo: (ΔH), suportado pela estrutura com vão de 6,00m.
ΔH < 1,08 cm
RD% =ΔH x 100
L
ΔH = R.D. x L
100
Para R.D. = 0,18% L, não haverá nenhum problema para a estrutura.
ΔH = 0,18% X 600
100
ΔH = 1,08 cm 0,4''
- Pressão admissível:
P = N.ΔH = 15 x0,4
12 12
P = 0,5 kgf/cm2
Pf =1,5 x P = 1,5 x 0,5 = 0,75 kgf/cm2
= 7,5 T/M2.
Segundo experiência de Meynhof:
CONCLUSÃO:
Terzaghi: Usando a tabela, você só pode usar para efeito de anteprojeto. Na fase de projeto os valores devem ser determinados em laboratório (γ ,C, ), que são chamados de ensaios triaxiais, através do emprego de amostras indeformadas do solo.
- Ábacos 1 e 2 – recalque admissível
- Ábaco 1 e 2:
P = 17 t/m2
Recalque máximo:
P = 7,5 t/m2
Pressão Admissível Final:
Pf = 17 + 7,5 12 t/m2
2
-Carga máxima ao Pilar.
Pf = P P = Pf x S
S
P =12 x ( 2 x 1,5) P = 36 T
Solos Argilosos:
N
C (t/m2)
< 2
2 – 4
4 – 8
8 – 15
15 – 30
> 30
< 1,25
1,25 – 2,20
2,50 – 5,00
5,00 – 10,00
10,00 – 20,00
> 20,00
- Fundações Superficiais:
1 – Blocos: são elementos de fundação superficial construídos com a utilização de concreto simples (S/Armação).
B
c
a b < c
a
(b) e (c), são lados do Pilar
a - lado da base do Bloco.
N
z z
h
h = altura do bloco
a
Área da base do Bloco.
S = a2 = γf + x N
P
S = a2 = 1,4 x N
P
N = carga do Pilar.
S = área da base do Bloco.
P = Pressão admissível no solo.
Altura do Bloco:
H = 0,5 x (a-b) a – área calculada
B = menor lado do Pilar
Esforço de tração máximo nas fases do Bloco (Z)
Z = γf x N x (a-b)
Δ x h
Ƴf = 1,4 (coef. de majoração)
Tensão maxima de Tração:
T Máx. = __Z__
axh
T Máx. < Fck/30
1.5 Punção ( ζ )
ζ Fck/25
ζ = __γF x N__
4xhx(b+h)
Exemplo:
Calcular a fundação em um bloco de pilar que recebe a carga de 30 t.
– Dimensão do Pilar: 0,30 x 0,30 m
– Concreto Fck = 8 mpa.
N= 30 t.
S.P. N.T
Avanço.
10
12 NA
15
19
Argila siltosa cinza
Solução:
Pressão admissível do Bloco.
_
P = N = 10 = 2kgf/cm2
5 5
Área da base do Bloco.
S = a2 1,4 x 30000
2
a = 150 cm2
Altura do Bloco:
h = 0,5 x (a-b)
h = 0,5 x (150 – 30)
h = 60 cm
Esforço de Tração.
Z = 1,4 x 30000 x (150 – 30)
4x60
Z = 21.000 kgf
Tensão de Tração:
Tmáx = 21000 = 2,3 Kgf/cm2
150 x 60
Fck = 80 = 2,5 Kgf/ cm2
30 30
Fck/ 30 > Tmáx ; ok
Punção:
ζ = 1,4 x 30000
4 x 60 x (30+60)
ζ= 2 Kgf/cm2
Fck = 80 = 3 Kgf/cm2 Fck/25 > ζ (punção) ; Ok
25 25
– Sapata Corrida:
h
d''
a
Largura da base da Sapata (a)
a = γ f x q
l x P
l = 1m (comprimento unitário da sapata)
q – carga por metro linear.
γf = 1,4 (coef. de majoração)
_
P = pressão admissível no solo.
B = altura da sapata.
h = a – a' + d''
4
a = base da sapata
a' = largura da parede ou muro
d''= 20 cm (valor adotado)
c) esforço de tração (H) na base
H = Q x (a- a')
8(h-d)
d) seção de ferros:
Δs = γf x H Δs(área da seção de ferros)
Fyd
Exemplo:
Calcular uma sapata corrida para uma carga linear de um muro de arrimo de 20 t/m. A espessura do muro é de 20 cm e a pressão admissível no solo P = 2 kgfcm2 .
Solução:
Largura da base (a)
a = 1,4 x 20 = 1,4m
1 x 20
Altura (H) da sapata
h = 1,4 – 0,2 + 0,2 = 0,50 m.
4
Esforço de tração (h)
h = 20 x (1,4 – 0,2)
8 x (0,5 – 0,2)
H = 10,0 t
– Seção de ferros:
Δs = 1,4 x 10.000
4348
Fyd = 4348 (aço CΔ-50-Δ) adotado Fyd (tensão de escoamento do aço).
Δs = 3,2 cm2
Sapata de Base Quadrada:
a
b
b
a
a) Área da base da sapata
S = a2 = γf x N = 1,4 x N
P P
N = carga do pilar
_
P = pressão admissível no solo
b) Altura
d = a – b + d'
4
d' = altura de ferros + recobrimento = 5 cm
d1 = rodapé (10 a 20 cm)
a = lado da base da sapata
b = lado do pilar.
C) Esforços de Tração na Base
H = N x a – b
d - d'
d)Seção de Ferros:
Δs = γf x H
Fyd
e) Punção (ζ)
ζ = 1,4 x N____ < Fck
4 x d x (b+d) γC
γc = 1,4
Exemplo: calcular uma sapata de base quadrada para um pilar de 50 t.
Pilar 30 x 30 cm.
Fck = 120 Kgf/cm2
N= 50 t
SP. NT
Av.
10
11
Argila Siltosa
Solução:
Pressão admissível no solo.
_
P = N = 10 = 2 Kgf/cm2
5 5
Área da Base
S = a2 = 1,4 x 50.000
2
A = 190 cm
3)Altura:
d = 190 – 30 + 5
4
d = 45 cm
Esforço de tração
H = 50.000 x 190 - 30
8 45 – 5
H = 25000 Kgf
Seção de Ferros
Δs = 1,4 x 25000 ( Fyd = 4348 Kgf/cm2 ( CA 50)
4348
Δs = 8 cm2
Punção:
ζ = 1,4 x 50.000
4x45x(30+45)
ζ = 5,2 Kgf/cm2
Fck = 120 = 7,8 Kgf/cm2
γc 1,4
ζ < Fck = 5,2 < 7,8 ; ok.
γc
Sapata de Base retangular:
b1
b2
a1
a2
a1 ; a2 = lados da base da sapata
b1 ; b2 = lados Pilar
N
NT
d
d1
a
d1 = 10 a 20 cm
d' = 5 cm (ferro + recobrimento)
d = Altura da Sapata
Calcule uma Sapata de Base retangular para um pilar de 60 t.
Adotar:
Pilar = 20 x 30 cm
Fck = 120 kgf/cm2
Aço: CA-50
N= 60 t N.T.
Δv.
12
15 Argila vermelha.
Solução:
Pressão admissível no solo
_
P = N = 12 = 3 kgf/cm2
4 4
Área da base:
S = a1 x a2 = γf x N
p
a1 x a2 = 1,4 x 60.000
3
a1 x a2 = 28000 cm2
a1 = b1 = 20 = 2 a1 = 2
a2 b2 30 3 a2 3
a1 = 2 x a2
3
2/3 x a2 x a2 = 28000
a2 = 3 x28000
2
a2 = 205 cm
a1 = 2 x a2 = 2/3 x 205
3
A1 = 140 cm
Altura da Sapata:
Direção de a1:
d1 = a1- b1 + d1
4
d1 = 140 – 20 + 5
4
d1 = 35 cm
Direção de a2:
d2 = a2 – b2 + d' d2 = 205 – 30 + 5
4 4
d2 = 50 cm
Altura da Sapata:
d = 50 cm
Esforço de Tração
- Direção de a1
H1 = N x a1 – b1
8 d - d
H1 = 60.000 x 140 - 20
8 50 – 5
H1 = 20.000 kgf.
- Direção de a2
H2 = N x a2 – b2
8 d - d
H2 = 60.000 x 205 – 30
8 50 – 5
H2 = 29.167 kgf
Seção de Ferros:
- Direção de a1
Δs1 = γf x H1
Fyd
Δs1 = 1,4 x 20.000 = 6,5 cm2
4348
- Direção de a2
Δs2 = γf x H2
Fyd
Δs2 = 1,4 x 29.167 = 9,4 cm2
4348
- Armação. Esboçar desenho abaixo:
Δs1
Δs2
ζ - Punção:
ζ = γ f x N_____
4xdx (b1+d)
ζ = 1,4 x 60.000_____
4 x 50 x (20+50)
ζ = 6 kgf/cm2
Fck = 120 = 7,8 kgf/cm2
γ c 1,4
ζ < fck ok!
- Fundações Profundas.
Estacas:
1. Tipos
1.1 Estacas Broca
- Só se aplicam em solos argilosos;
- Locais onde não ocorre o lençol freático;
- Comprimento Maximo de 5 m a 6m.
- Utilizadas para cargas de ate 10 t;
- São executadas utilizando-se trado ø 25 cm;
- O concreto a ser utilizado deverá apresentar Fck 12 mpa.
2- Estacas Strauss.
- Aplicadas em qualquer tipo de solo;
- Só podem ser executadas abaixo do N.A, quando o solo for argiloso.
- Podem ir ate 20m de profundidade;
- O solo é retirado do interior do tubo de revestimento por meio de uma peça chamada Piteira, a qual cai em queda livre sobre o solo a ser escavado;
- Deve- se verter água no interior do tubo de revestimento para facilitar a operação de corte;
- Uma vez alcançada a profundidade prevista, o revestimento é cheio de concreto em segmentos de 0,5 - 1,0 m e à medida que vai sendo apiloado ,o tubo vai sendo sacado.
- O concreto a utilizar deverá apresentar
Fck 14 mpa.
Cargas admissíveis:
Seção (cm)
Carga de trabalho(t)
Espaçamento (cm)
Comprimento máximo (m)
32
30
95
20
45
60
135
20
55
80
165
20
3- Estacas Franki
- A diferença deste tipo de estaca para a Strauss é que o solo não é escavado e sim, expulso através da ponta do revestimento por uma bucha (brita + areia).
- Pode ser utilizada em qualquer tipo de solo e na presença do N.A.;
- É aconselhado não usar este tipo de estaca em solos moles.
- Seu comprimento fica limitado à 25m abaixo do N.A.
- Detalhes Executivos:
A) Coloca-se o revestimento na vertical, ou segundo o ângulo previsto da estaca;
B) Coloca-se no interior do tubo a bucha;
C) Por meio de um pilão a bucha é cravada no solo, rasgando-o e, ao mesmo tempo, por atrito, faz com que o tubo cresça;
D) A concretagem é iniciada quando o tubo atingiu a nega prevista. Ai a bucha é expulsa por meio de apiloamento, tendo-se o cuidado de já verter o concreto definitivo da estaca para manter a estanqueidade e, ao mesmo tempo, construir a base alargada;
E) Pronta a base introduz-se a armação da estaca, sendo que a mesma permite a passagem do pilão por seu interior para apiloar o concreto.
- Principais Vantagens:
A) Não é necessário fazer emendas.
B) Não há perigo de desvio da estaca.
C) São executadas rapidamente.
D) Diâmetro médio da estaca superior ao diâmetro do tubo.
E) O concreto a utilizar deve apresentar Fck 16 mpa.
- Cargas Admissíveis (compressão).
Ø Tubo
(cm)
Ø da Estaca
(cm)
Carga de Trabalho
(t)
Espaçamento
(cm)
Comprimento
(M)
35
39
55
110
5-20
40
45
75
120
5-25
45
50
95
135
5-25
52
58
130
150
5-40
60
67
170
170
5-40
Estacas Metálicas:
As estacas metálicas são constituídas de perfis I ou H, simples ou duplos, ou mesmo trilhos;
- Vantagens da estaca metálica em relação às de concreto pré-moldado:
a) São facilmente cravadas e podem atingir grande capacidade de carga;
b) Permite fácil corte e emenda.
c) Trabalham bem a flexão:
d) Resistem melhor a manipulação e o transporte.
e) Podem ser aplicadas em qualquer tipo de solo e na presença do N.A.
f) No caso de estacas cravadas no solo, a 1° camada de ferrugem cria uma crosta resistente que impede o avanço da corrosão. O critério utilizado para levar em consideração este efeito, consiste em descontar ¹/16" da espessura do perfil.
- No caso de obras portuárias, devem-se proteger os perfis por um dos seguintes processos:
- Pintura asfáltica; (hoje em desuso).
- Cobreamento; (Galnoplastia, a mesma de pára-choque dos carros)
- Revestimento de concreto(trabalhoso e custo elevado);
- Tipos e Cargas Admissíveis:
Perfil
Peso
(kg/m)
Carga de Trabalho
(t)
H (6" x 6")
37,1
40
I (10" x 45")
8
37,7
40
I (12" x 5 1/4")
60,6
60
Tr - 25
25,0
12
2Tr - 25
50,0
40
Tr - 32
32,0
18
2Tr - 32
64,0
50
Estacas de Madeira:
- Duração praticamente ilimitada abaixo do N.A :
- As estacas são troncos de madeira;
- A deterioração das estacas é devida:
a) Aparecimento de fungos em contato com o ar.
b) No caso de obras portuárias aparecem crustáceos e moluscos que se alimentam da madeira.
- Para preservar a estaca utiliza-se o creosoto, na razão de 30 kg/m³ de madeira, aplicado a 90°c;
- Carga Admissível:
Ø Médio
(cm)
Carga de Trabalho
(t)
Madeira
Ipê
ou
Eucalipto
30
33
35
38
40
45
- Recomendações:
a) Comprimento mínimo cravado de 5m:
b) Peso do martelo de cravação igual ao peso da estaca;
c) A nega média deve ser de no máximo 4 mm/golpe.
Estacas pré-moldadas de Concreto:
1. Condições Gerais:
- Aplicáveis em qualquer tipo de solo(exceto de pedregulhos) e na presença do N.A.;
- É necessário o conhecimento perfeito do subsolo;
- Comprimento mínimo cravado de 5m;
- Martelo de cravação de peso igual à metade do peso da estaca;
- A nega deve ser de no máximo 3 mm/golpe.
2. Estacas pré-moldadas de concreto armado:
Seção
(m)
P
(t)
C
(cm)
l
(cm)
L
(m)
20x20
20
55
30
12
25x25
30
65
30
14
30x30
40
75
35
12
Ø 20
20
60
35
10
Ø 25
30
75
40
14
Ø 30
40
90
40
14
Ø 40
70
120
40
16
Ø 60
145
170
70
16
P = Carga de trabalho da estaca.
C= Espaçamento entre eixos.
l - Distância da divisa.
L- Comprimento Máximo sem emenda.
3- Estacas pré-moldadas de concreto protendido:
Seção
(cm)
P
(t)
C
(cm)
l
(cm)
L
(m)
15x15
15
50
30
8
18x18
20
60
30
12
23x23
30
65
30
15
28x28
40
75
30
15
As letras têm o mesmo significado da anterior.
4- Estacas pré-moldadas de concreto centrifugado:
Ø
EXT
(cm)
Ø
INT
(cm)
P
(t)
C
(cm)
l
(cm)
L
(m)
20
12
20
50
30
10
25
16
30
65
30
14
30
17
40
75
30
18
40
24
80
100
35
20
5- Desvantagens das estacas pré-moldadas centrifugadas:
- Têm que ser armada, para resistir aos esforços de manuseio e cravação:
- Devido ao elevado peso próprio são limitadas em seção e comprimento;
- A demolição da cabeça das estacas para a feitura dos blocos ( não são os blocos de fundações superficiais) é uma operação lenta e onerosa.
Capacidade de carga das estacas
– Forma de trabalho das estacas.
Estacas de atrito e de ponta.
Np Ra + Rp
Cs
-Np = carga do Pilar.
- Ra = reação do solo por atrito lateral. (solo/estaca).
- Rp = reação do solo na ponta da estaca.
1.2 Estacas de atrito ou flutuante:
Np Ra
c.s
1.3 Estacas de ponta:
Np Rp
c.s.
– Cálculo da capacidade de carga das estacas:
Fórmulas dinâmicas empregadas para estacas pré-moldadas de concreto, madeira e metálica;
Fórmulas estáticas empregadas para estacas moldadas "in situ", tipo Strauss, Franki, broca, etc.;
Fórmulas baseadas no "SPT" ,obtido na sondagem à percussão.
Estas fórmulas servem tanto para as estacas moldadas "in situ", quanto para as estacas cravadas.
Prova de carga.
– Fórmulas Dinâmicas.
3.1- Fórmula holandesa:
R = m2 x H
e x (m + P)
R = carga limite suportada pelo solo;
M = peso do martelo de cravação;
H = altura de queda do martelo;
e = nega = penetração estaca
Golpe de martelo
P = peso da estaca.
b.Carga admissível no solo:
b.1) Para m > P
Q = R = R
c.s. 6
Q= carga admissível no solo.
b.2) P M < P
2
Q= m x R
c.s
m = 1 - 4 x (1 – m)3
p
c.s. = 6
c) observações:
Não utilizar a fórmula para Nega inferior a 2mm/ golpe;
A fórmula é válida para bate estaca de queda-livre.
d)Exemplo:
Determinar a carga admissível no solo para uma estaca pré-moldada de concreto de seção 30 x 30 cm e comprimento de 12 m e Nega de 2mm/golpe.
Martelo: M = 1,5 t.
Altura de queda: H = 1 m
- A partir do SPT - 20, a estaca pré-moldada de concreto não pode ser utilizada, pois quebra-se.
Solução:
Peso da estaca.
P =γ x V = 2,5 x (0,3 x 0,3 x12)
P = 2,7 t.
P m < P
M = 1 – 4 x (1 -1,5)3 = 0,65
2,7
Carga limite no solo.
R = 1,52 x 1000___ = 268 t.
2 x (1,5 + 2,7)
Carga admissível no solo:
Q = m x R = 0,65 x 268
6 6
Q = 29 t.
Como Q < Np, teremos que buscar outra solução.
3.2. Fórmula de Brix.
a) Carga limite no solo:
R = M2 x H x P
e x (M + P)2
b) Carga admissível no solo:
Q = R = R
cs 4
c)Observação:
As letras têm o mesmo significado da fórmula anterior.
d)Exemplo:
O mesmo anterior:
R = 1,52 x 1000 x 2,7
2x ( 1,5 + 2,7)2
R = 115 t.
Q = 115 = 29 t.
4
Como Q < Np, buscar outra solução.
4 – Considerações gerais sobre as fórmulas dinâmicas:
* Para Q 100 t., usar martelo de peso igual à metade do peso da estaca para estacas pré-moldadas, e martelo de peso igual ao da estaca para estacas de madeira e metálica;
*A Nega é uma condição necessária, mas não é suficiente. Não é prudente basear-se nela apenas para o cálculo da capacidade de carga;
*As fórmulas dinâmicas dão bons resultados para solos arenosos. Em solos argilosos e siltosos os resultados podem ser falseados;
*A Nega de Qmm/golpe ocorre para N ~ 20 golpes para estacas pré-moldadas de concreto.
Capacidade de carga de estacas.
Método dos professores Nelson Hoki e Dirceu Veloso:
O processo é válido, tanto para estacas cravadas quanto para as moldadas "in situ".
Capacidade de carga das estacas:
Np Rp + Ra
C.S.
Resistência de Ponta:
Rp = Δp x rp
Rp = resistência de Ponta
Δp = área da ponta da estaca
rp = resistência do solo na ponta da estaca.
rp = K x N
F1
N = Número de golpes (SPT), na profundidade onde se encontra a ponta da estaca:
K = coeficiente que depende do tipo de solo.
F1 = coeficiente que depende do tipo da estaca.
Resistência do solo por atrito lateral.
Ra = m x Є (Δl x re)
Ra = Resistência do solo por atrito lateral;
M = Perímetro da seção transversal da estaca;
Δ = Parte do comprimento da estaca situado dentro de cada camada de solo atravessada;
re = Resistência do solo.
_
re = α x K x N
F2
α ;K= Coeficientes que dependem do tipo de solo.
F2 = coeficiente que depende do tipo de estaca.
N = Valor médio do número (N) ao longo do corpo da estaca em cada camada de solo.
Carga admissível no solo:
_
Q Rp + Ra
c.s. c's'
cs = 3
c' s' = 1,5
_
Q Rp + Ra
c.s
cs = 2
*Adotar para carga admissível o menor dos dois valores.
e)Valores válidos para estacas Franki:
Ø
Estaca (mm)
M
(m)
Δp
(m2)
400
520
600
1,26
1,63
1,89
0,51
0,72
0,86
f)Exemplo:
Calcular a carga admissível para uma estaca Franki, Ø 520 mm.
Solução:
Características da estaca
M = 1,63 m
Δp =0,72 m2
Resistência de ponta
rp = K x N
F1
Silte argiloso: K = 0,23 mN = 230 kN
m2 m2
N = 18
F1 = 2,5 (estaca Franki)
rp = 230 x 18 = 1656 kn/m2
2,5
Rp = 0,72 x 1656 = 1192 kn
Rp = 119 t.
Resistência por atrito lateral.
1ª camada:
Δ 1 = 5m
re1 = α1x k1 x N1
F2
Argila arenosa: k =0,35 mN = 350 kN
m2 m2
α = 2,4%
F2 = 5 (estaca Franki)
Re1 = 0,024 x 350 x 8
5
re1= 13,4 kn/m2
Δ 1 x re1 = 5 x 13,4 = 67 kN
2ª camada:
Δ 2 = 5m
_
re2 = α2 x k2 x N2
F2
Silte argiloso: K = 0,23 mn = 230 Kn
M2 m2
α = 3,4%
F2 = 5(estaca Franki)
re2 = 0,034 x 230 x15
5
re2 = 23,5 Kn/m2
Δ 2 x re2 = 5 x 23,5 = 117 Kn
Resistência total por atrito:
Ra= 1,63 x (67 + 117)
Ra = 300 Kn = 30 t.
Carga admissível no solo.
_
Q = 117 + 30
3 1,5
_
Q = 59 t
_
Q = 117 + 30 = 74 t
2
Conclusão:
_
Q = 59 t < Np = 130 t, não ok!
Capacidade de carga das estacas através do repique Elástico: (qualquer solo)
1. Fórmula de Uto (1985)
Ru = A x E x K + N x U x
eo x ef
Ru = capacidade de carga da estaca (t);
A = área da seção transversal da estaca (m2);
E = módulo de elasticidade da estaca (t/m2);
= comprimento da estaca (m);
eo = (1,5 x M/P)0,33 , para estacas de concreto. (eficiência de cravação)
K = C2 + C3 = repique elástico da estaca (m);
C2 = compressão elástica da estaca (m);
C3 = compressão elástica do solo (m);
U = perímetro da seção transversal da estaca (m);
N = média dos "SPT" ao longo do corpo da estaca;
ef = 2,5 (para estacas de concreto);
M = peso do martelo (t);
P = peso da estaca (t).
2– Tensão de Cravação:
Para estacas de concreto, usa-se a expressão:
N = 2080 x m x H, onde:
P
N = tensão de cravação (t/m2);
M = peso do martelo (t);
P = peso da estaca (t);
H = altura de queda do martelo (m).
Exemplo:
Determinar a tensão de cravação provocada por um martelo de:
M = 1,5 t , caindo de H = 1m.
A estaca é de concreto de 0,30 x 0,30 m de seção e comprimento de 12 m.
3.Tensão limite de cravação.
A tensão limite de cravação limita-se a:
- Estacas de Concreto:
N 0,8 x Fck (resistência do concreto).
- Estacas metálicas:
N 0,85 x Fyk. (tensão de escoamento do aço).
4.Valores de (c2) e (c3):
Os valores de (c2) e (c3) são tirados na obra durante a cravação da estaca. Para efeito de cálculo preliminar utilizam-se os valores dos quadros abaixo:
VALORES DE C2 (cm)
ESTACA
Tensão de cravação
(kgf/cm2)
N
35
70
105
140
MADEIRA
0,27cm
0, 254cm
0, 381cm
0, 508cm
CONCRETO
0, 063cm
0, 127cm
0, 190cm
0, 254cm
VALORES DE C3 (cm)
SOLO
Tensão de cravação
(kgf/cm2)
N
35
70
105
140
ARENOSO
0,0154cm
0, 0854cm
0, 0254cm
0, 00127cm
ARGILOSO
-
0, 05cm
0, 0762cm
0, 0058cm
5-Exemplo:
- Calcular a carga admissível no solo para a estaca do exemplo anterior:
Pelo exercício: o valor de K anotado no campo devido à cravação deve ser:
K 0, 00255 m ou
K 2,55 mm.
Solução:
a) Dados:
A= a2 = 0,3 2 =0,09 m2
= 12m
E = 2 x 106 t/m2
U = 4 x a = 4 x 0,3 = 1,2m
_
N = (4 + 8 +9 +11 + 11 + 10+ 12 +13 +13 +15 +14+16)
__________________________________________ =
12
N = 11,3
ef = 2,5
P = γ x V(volume) = 2,5 x (0,30 x 0,3 x 12)
P = 2,7 t
Cálculo de e0:
e0 = (1,5 x 1,5 )0,33 = 0,94
2,7
c)Cálculo de K:
Para N = 2080 x 1, 5 x 1,0
2,7
N = 1555 t/m2
N = 155 kgf/cm2
0,8 x Fck = 0,8 x 250 = 200 Kgf/cm2
O concreto de estacas pré-moldadas de concreto é Fck 250 kgf/cm2.
N < 0,8 fck, ok!
Agora:
C2 = 0, 254 cm = 0, 00254m
C3 = 0, 00127 cm = 0, 0000127 m
d)- Capacidade de carga:
Ru = 0,09 x (2 x 106) x 0,00255 + 11,3 x 1,2 x 12
0,94 x 12 2,5
Ru = 106 t
e)-Carga admissível:
_
Q = Ru = 106 = 53 t
c.s 2
f)-Conclusão:
_
Q = 53 t > Np = 40 t. , ok!
Tubulões:
1.Definição:
São peças de concreto simples ou armadas de diâmetro igual ou superior a 60 cm, possuindo base alargada em formas de tronco de cone, executadas por escavação a céu aberto ou ar-comprimido, podendo ser revestida por tubo metálico ou de concreto.
2. Partes componentes:
N = carga do Pilar (t)
d = Diâmetro do fuste (m)
D =Diâmetro da base (m)
α 600
R = rodapé
20 cm R 30 cm
h= altura da base (m)
3.Tubulões revestidos de camisa metálica:
- Cargas admissíveis: (t)
Ø
Tubulões (cm)
Chapa
¼
Chapa
5/16
Chapa
3/18
90
100
120
150
580
700
-
-
634
758
1035
1524
688
818
1106
1613
Fck > 9 mpa ou 90 kgf/cm2.
Tubulão a céu aberto:
- São executados com diâmetro mínimo de 60 cm;
- São utilizados em solos argilosos acima do NΔ;
- Podem ser usados abaixo do N.A em solos argilosos desde que SPT > 15, e a escavação não ultrapasse a 3m abaixo do N.Δ;
- Concreto deve apresentar Fck 9 mpa .
– Cálculo de um Tubulão sem armação:
5.1- Área da base
Ab = γf x ( Np + PP)
p
Ab = área da base (m2)
γf = 1,4
Np = carga do pilar (t)
Pp = 0,1 x N (peso próprio do tubulão)
_
P = pressão admissível no solo (t/m2)
D = 4 x Ab (m)
π
5.2- Área do Fuste:
Af = γ f x N
0,85 x fck
γc
Af = Área do fuste (m2)
γf = 1,4
N = carga do pilar (t)
Fck = resistência do concreto (t/m2)
γc = 1,6
d = 4 x Af (m)
π
5.3 –Valor do ângulo "α" para que não seja necessário armar a base do Tubulão:
α 600.
5.4 - Altura da base:
h = Tgα x (D - d) + r
2
α = 600 Tg 600 = 0, 866
2
h = 0, 866 x (D – d) + r
* Para que não haja desmoronamento da base:
h 2m.
- Tubulões a ar-comprimido:
- São executados em qualquer tipo de solo e abaixo do N.A;
- Devem ser revestidos com camisa metálica ou de concreto;
- O diâmetro mínimo do Tubulão deve ser de 1,00 m.
Seção transversal:
Obs.:
Para que seja possível escavar o Tubulão P > Pa , onde:
P = pressão do ar -comprimido
Pa = γa x H (pressão do N.A.)
Nota: A pressão máxima suportável pelo homem é de 3,5 kgf/cm2 ,que corresponde a uma altura (H) = 35 m.
Pressão
(kgf/ cm2)
Período de
Trabalho
(h)
Período de
Descanso
(h)
Tempo de descompressão (min)
0,1 – 1,0
4
1
5
1,0 – 1,5
3,5
1
20
1,5 -2,0
3,0
2
20
2,0 -2,5
2,0
2,5
25
2,5 -3,0
1,5
3
30
3,0 – 3,5
1,0
3,5
40
Exercício:
Calcular um Tubulão a céu aberto para um pilar de 150 t.
Solução:
Diâmetro do fuste:
Δf = γf x Np___ = 1,4 x 150000 = 4941 cm2
0,85 x fck 0,85 x 90
γc 1,6
d = 4 x Af = 4 x 4941 = 80 cm.
π π
Pressão admissível no solo:
2.1) Argila
P = N kgf/cm2.
4
2.2) Argila siltosa e silte argiloso
P = N kgf/cm2.
5
2.3) Argila silto-arenosa
P = N kgf/cm2.
7,5
2.4) Para as fórmulas dos itens: 2.1 ,2.2 e 2.3, pode-se aumentar a pressão admissível em
10% para cada metro de profundidade do tubulão.
Exemplo: Base a 8 metros de profundidade
Pf = P + 0,8 P
2.5) Colocando a base do Tubulão a 10m vem:
N = 14 (silte argiloso)
P = N = 14 = 2,8 kgf/cm2
5
Para 10 m tem-se:
Pf = 5,6 kgf/cm2
Pf = 56 t/m2
Diâmetro da Base:
Ab = γf x (Np + Pp) =
P
Pp = 10% de Np
Pp = 0,10 x 150
Pp =15 t
Ab = 1,4 (150 + 15) = Ab = 4,13 m2
56
D = 4 x Ab = 4 x 4,13 = 2,30 m 230 cm
π π
4)Altura da base:
h = Tgα x (D – d) + r
2
α = 60°, vem:
h = 0, 866 x (2,30 – 0,80) + 0,20
h = 1, 80m < 2,00 m (ok!)
5)Pressão admissível no solo:
Outra expressão muito usada para cálculo da pressão admissível para Tubulões é a de Meynhof, baseada nos valores do SPT.
_ _
P = 3,3 x N x D (1 + H) x 1
D 20
Onde:
_
P - Pressão admissível no solo.
_
N - Média dos dois números acima e dos três números abaixo da base do Tubulão.
D – Diâmetro da Base (m)
H – Comprimento total do Tubulão (m)
* No exemplo anterior teríamos:
Adotando: D = 3d ,Vem:
_
N = 13 +14 +15 +16 +20 = 15,6
5
_
P = 3,3 x 15,6 x 2,4 (1 + 10) x 1 = 32 t/m2
2,4 20
Comparando com o valor obtido na fórmula anterior temos:
_
P = 56 t/m2
_
P = 32 t/m2
Conclusão: o melhor valor a adotar seria P = 32 t/m2 a favor da segurança, entretanto, costuma-se adotar a média dos dois valores.
