Apresentacao IvanJoppert 07deagosto 2014

Controle tecnolgico e execuo de fundaes Ivan de Oliveira Joppert Jr. Eng. Civil, Professor de Fundaes da Escola de Engenharia da Universidade Mackenzie,

Diretor da Infraestrutura Engenharia

Realizao:

2014

InfraestruturaEngenharia Ltda

Controle Tecnolgico e Execuo de Fundaes

CONTROLE TECNOLGICO DAS FUNDAES

O custo das fundaes de um edifcio varia entre 3% e 7% do custo total do empreendimento. Apesardisso, sondagens erradas, erros conceituais de projeto e vcios executivos podem acarretar custosdiretos e indiretos elevadssimos, desde reforos e recuperao estrutural at aes jurdicas deconsequncias imensurveis



CONTROLE TECNOLGICO DAS FUNDAES



CONTROLE TCNICO

As fundaes devero ser planejadas para que o seu desempenho no cause qualquer patologia na

futura edificao.

A sua execuo dever ser precedida de SONDAGENS para reconhecimento do subsolo, analise da

IMPLANTAO ARQUITETONICA e dos CARREGAMENTOS do empreendimento.

A execuo deve ser planejada atravs de um PROJETO ESPECFICO, controlada atravs de VISTORIA

DA EXECUO POR ENGENHEIRO ESPECIALIZADO E PROVAS DE CARGA para verificao do seu

desempenho segundo a NB 6122/10.

CONTROLE DE QUALIDADE



ASPECTO TCNICO E ECONOMICO

Itens positivos para a adoo de fundaes diretas: a facilidade de inspeo do solo de apoio e formato final da sapata controle de qualidade do material ( concreto,ao ) utilizado na execuo das sapatas Em relao ao aspecto economico ela interessante pois no necessita equipamentos e mo obra especial

TENSES ADMISSVEIS NO SOLO

As sapatas tem a funo de distribuir no solo as cargas pontuais provenientes da estrutura.

As tenses na base das sapatas no devem produzir recalques excessivos ou rupturas no solo.

FUNDAES APOIADAS DIRETAMENTE NO SOLO

P

Recalque

Ruptura

=



Sapata Isolada

TIPOS DE SAPATAS Sapata Associada

Sapata Corrida

Radier




Vista geral de uma obra em fundaes direta. Faculdade GV Rua Itapeva




Cava com concreto magro e detalhe da gaiola da armao. - Rua Pontins - Santana




Armao de radier com arranque de cinco pilares.- Rua Arthur Ramos





DEFINIO DAS TENSES ADMISSIVEIS DAS SAPATAS

Para se estimar a tenso admissvel do solo comum o uso de frmulas empricas que utilizam

correlaes do resultado de ensaios de campo ( SPT, CPT, DMT) e frmulas que calculam a tenso

de ruptura da sapata usando a resistncia ao cisalhamento do solo de apoio tais como mtodo

desenvolvido por Terzaghi e por Skempton

DEFINIO DA COTA DE APOIO DAS SAPATAS

As sapatas devero ter a sua cota de apoio definidas embutimento no terreno com capacidade de

carga compatvel com a do projeto. Isso deve ser verificado por meio de sondagens e inspeo

local

Tambm deve-se levar em considerao as cotas de apoio das sapatas anexas a sapata em analise

conforme a prxima figura



ngulo definido entre os apoios da sapata ()

30 em relao a horizontal solo mole / fofo

45 em relao a horizontal solo mdio / Medianamente Compacto

60 em relao a horizontal rocha

a




VERIFICAO DE PROJETO

O projeto de fundaes apoiadas diretamente no solo deve passar necessariamente pela verificaodos seguintes itens:

1. Anlise da viabilidade tcnica e executiva da soluo adotada observando os seguintes aspectos:

Verificar pelas sondagens a homogeneidade do solo abaixo do apoio

Necessidade de escavaes muito profundas para atingir solos resistentes

Adoo de tenses admissveis corretas,

Dimenses das sapatas corretas

Interferncias com os taludes existentes





2. Controle de qualidade da execuo de sapatas apoiadas diretamente no solo

Devero ser verificados os seguintes itens para um controle efetivo das fundaes apoiadasdiretamente no solo:

Projeto de fundaes compatibilizado com o

Projeto de formas e armao para que sejam definidas as

Cotas de apoio das sapatas que devero passar pela

Inspeo do terreno feita pelo eng. de solos que dever fazer a

Verificao das formas e armao no local.

Acompanhamento da concretagem

Controle tecnolgico do concreto



CONCEITOS TERICOS BSICOS: DEFINIES

As estacas so elementos esbeltos, implantados no solo:

por meio de percusso .............................................................. estacas cravadas

pela prvia perfurao do solo com posterior concretagem.... estacas escavadas

Outra forma, mais usual, de se classificar as estacas, separ-las em dois grupos,conforme o exposto na tabela a seguir:

FUNDAES PROFUNDAS: ESTACAS



TIPOS DE ESTACAS

Tipo de Estacas Tcnicas de Implantao no

Solo Limitaes

Pr-Moldadas

Concreto

Cravao

(percusso, vibratrio ou esttica)

VibraoMatacesAcesso

Ao

Cravao

(percusso, vibratria ou esttica)

Mataces

Acesso




Moldada in loco

Barrete e EstacoEscavadas com auxlio de

fluido estabilizador

MatacesAcessoDimenso do canteiro de obras

RaizEscavada com

revestimento e auxilio de agua

Camada espessa de solo mole

Hlice Contnua (tema de palestra especfica)

Escavada sem revestimento

Camada espessa de solo moleProfundidade mxima de 36 metrosMatacesAcesso

TIPOS DE ESTACAS

Tipo de Estacas Tcnicas de Implantao no

Solo Limitaes




CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS

As estacas dissipam a carga proveniente da estrutura por meio de resistncia lateral e resistnciade ponta:

Rtotal = Rponta + Rlateral

Tambm existem limitaes de resistncia estruturais das estacas, dependendo do material queas compe:

concreto simples

concreto armado

ao

Pode-se estimar a capacidade de carga de uma estaca por meio de correlaes de ensaiosexecutados no campo tipo SPT e CPT




A grande maioria dos mtodos utiliza a seguinte frmula bsica para o clculo da carga de rupturada estaca:

RT = Rl + RP

RP = rp . AP

Rl = rl . Ul . L

Onde:

RT resistncia total (kg, tF ou kN)

Rl resistncia lateral (kg, tF ou kN)

RP resistncia de ponta (kg, tF ou kN)

rl resistncia unitria lateral ou aderncialateral ou atrito lateral (a ser calculadaempiricamente) (kg/cmou tf/m oukN/m)

Ul permetro lateral da estaca (cm ou m)

L profundidade da estaca (cm ou m)

rP resistncia unitria de ponta ou tenso deponta, a ser calculada empiricamente(kg/cm ou tf/m ou kN/m)

AP rea da ponta da estaca (cm ou m)

Nota-se que os mtodos esto semprevisando estimar:a resistncia unitria lateral (rl) ea resistncia unitria de ponta (rp)posto que os demais itens so caractersticas geomtricas da estaca


RP

Rl



VERIFICAO DE PROJETO

Em um projeto de fundaes em estacas dever ser verificado alguns itens bsicos:

1. Viabilidade executiva da soluo adotada analisando os aspectos geotcnicos, acessos deequipamentos, logstica, condies das edificaes vizinhas, etc.

2. Clculo da resistncia das estacas levando-se em conta as sondagens, o tipo da estaca,comprimentos uteis mnimos a serem atingidos e a resistncia estrutural

3. Quantidade de estacas adotadas em cada pilar compatvel com a resistncia de cada estacacalculada no item anterior

4. Distncia mnima entre as estacas

5. Coincidncia do centro de estaqueamento com o centro de gravidade ou de fora dos pilares

6. Detalhe estrutural das estacas ( armao e resistncia do concreto)

7. Verificao de interferncias com taludes provisrios




Estacas pr-moldadas de grande dimetro. Shopping Universal Rua Voluntrios da Ptria

FUNDAES: ESTACAS PR-MOLDADA DE CONCRETO



As estacas pr-moldadas de concreto so introduzidas no solo por um sistema de cravao

Ele deve possuir energia suficiente para implantar a estaca no solo com o comprimentodesejado ou at que ela atinja terreno impenetrvel cravao

O martelo deve possuir no mnimo peso igual ou maior a 70% do peso da estaca a ser cravada

Alm do martelo, a cravao deve possuir um sistema de amortecimento conforme o croqui abaixo:

FUNDAES: ESTACAS PR-MOLDADA DE CONCRETO SISTEMAS DE CRAVAO



Martelo DieselMartelo queda livre

FUNDAES: ESTACAS PR-MOLDADA DE CONCRETO EQUIPAMENTOS DE CRAVAO



Martelo Hidrulico




Martelo Vibratrio




A estaca pr-moldada de concreto uma excelente opo de fundao tendo em vista o severocontrole de qualidade a que elas so submetidas na sua fabricao e na sua cravao

As estacas pr-moldadas de concreto so fabricadas em:

Concreto protendido

Concreto armado

so fundidas com concreto com fck 35 MPa

estruturadas com fios aderidos na pr-proteno ou armao de ao CA 50A

dependendo do fornecedor, a seo transversal da estaca pode ser macia ou vazada: quadradaredonda, sextavada, estrela, etc. As estacas pr-moldadas so fornecidas em elementos comcomprimentos variveis entre 4,00 e 12,00 metros

Quando existe a necessidade de comprimentos maiores que 12 metros, as estacas podem seremendadas gerando o comprimento desejado

FUNDAES: ESTACAS PR-MOLDADA DE CONCRETO FORNECIMENTO



Emenda com luva




Emenda com solda




As estacas devem ser fornecidas obra:

sem sinais de falhas de concretagem (bicheiras), retilneas e de bitola constante




A fissurao das estacas deve ser observada principalmente nas estacas armadas e vazadasdevendo as mesmas se limitar aos seguintes valores:

limite mximo de 0,1 mm sendo que aberturas entre 0,1 mm e 0,5 mm observadas nasestacas em repouso horizontal devem ser fechadas quando a estaca estiver na vertical

fissuras no devem ultrapassar da seo da estaca na regio da ala de iamento e meiodo vo




as estacas que apresentarem fissuras longitudinais e/ou trincas (aberturas maiores que 0,5mm) longitudinais ou transversais devem ser rejeitadas




= . = . 0,70

Normalmente uma estaca pr-moldada de concreto penetra no solo at que:

a somatria dos SPTs, do incio da cravao at o seu fim, atinja aproximadamente 100golpes ( SPT = 100) ou

a ponta intercepte areias muito compactas ou argilas e siltes duros

Durante a cravao da estaca deve-se executar o grfico de cravao que consiste em contar aquantidade de golpes aplicado no topo da estaca por metro de cravao

A cravao deve ser executada com energia potencial constante em cada metro de queda.

A energia mnima de cravao deve ser:

Altura de queda do martelo, limitado a 1,00 metro

peso da estacapeso do Martelo (mnimo 1500kg)

FUNDAES: ESTACAS PR-MOLDADA DE CONCRETO CONTROLE DE CRAVAO



=

. (1,00 0,70)

A nega a medida da penetrao de uma estaca no solo aps a repetio de 10 golpes domartelo caindo de uma altura constante mantendo-se a relao:

Fixando-se a nega mxima de 10 mm obtm-se a altura mnima de queda de um martelo

A nega ir medir a cravabilidade de uma estaca, ou seja, se ela atingiu solo resistente na pontae/ou resistncia lateral dentro dos limites de resistncia fadiga da estaca.

Quando utiliza-se estacas com suplemento deve-se ser mais exigente com relao nega,podendo ser mantida a relao anterior desde que a nega se limite a 5 mm

. = . (1,00 0,70)

FUNDAES: ESTACAS PR-MOLDADA DE CONCRETO NEGA



Dmx k

C2

C3

s

repique elstico, obtido em um nico golpe do martelo na estaca, traando-se uma linhahorizontal na face lateral da estaca no momento do impacto

Com o impacto a estaca descer e retornar parcialmente sua posio original gerando oseguinte sinal:

Deformao elstica do concretoDeformao total

Deformao elstica do solo

Deformao plstica (nega)

Figura: SINAL TPICO DE REPIQUE ELSTICO

FUNDAES: ESTACAS PR-MOLDADA DE CONCRETO REPIQUE



FUNDAES: ESTACAS PR-MOLDADA DE CONCRETO NEGA



O deslocamento elstico refere-se deformao elstica do solo somado deformao elsticado concreto:

2 =.

. =

2. .

.Onde: E= Mdulo de Elasticidade do Concreto

L = Comprimento da Estacas

A = rea Transversal

= 0,5; 0,7 e 1,0 (estacas longas curtas)

= 2 () + 3 ()

Funo do tipo de solo da ponta da estaca




O controle final de cravao deve ser feito com:

grfico de cravao

retirada da nega

repiques elsticos

Desvios durante a cravao

Inspeo visual da estaca quando ela for arrasada

provas de carga esttica e/ou dinmica

Verificao das excentricidades

Verificao de levantamentos de estacas anexas durante a cravao

Verificao de relaxamento posterior a cravao (solo resiliente)

FUNDAES: ESTACAS PR-MOLDADA DE CONCRETO CONTROLE DE CRAVAO



Apesar do controle qualidade e custos competitivos, as estacas pr-moldadas apresentam algumas desvantagens:

sobras e/ou quebras gerando perdas significativas

vibraes e rudos em excesso

baixa produtividade (mdia de 100 metros dia) etc.

FUNDAES: ESTACAS PR-MOLDADA DE CONCRETO DESVANTAGENS



Cravao de estacas HP 310 x 79 Viaduto CPTU So Caetano do Sul

FUNDAES: ESTACAS PR-MOLDADA DE AO




Equipamento para cravao das estacas pr-moldadas de ao

martelo de queda livre



Os perfis de ao esto so muito utilizados nas obras de solos que envolvem contenes efundaes, devido basicamente aos seguintes itens:

garantia da aplicao de material com grande resistncia estrutural e excelente controle

existncia no mercado de grande nmero de formatos geomtricos e bitolaspossibilitando a otimizao entre as cargas atuantes e as cargas resistentes

maior facilidade de manipulao devido ao pequeno peso das peas

otimizao das perdas devido inexistncia de quebras e possibilidade de emendas

inexistncia de vibrao quando se utiliza a implantao dos perfis por meio de percusso

Possibilidade de ultrapassar camadas de solos residuais com a presena de alterao derocha e solos sedimentares com horizontes de argilas duras e/ou presena depadregulhos devido a maior resistncia cravao




A soluo de fundaes em estacas metlicas no nova, sendo que at h pouco tempo, porproblemas econmicos, ela se restringia utilizao de trilhos e tubos de ao provenientes dasubstituio de linhas de trem ou tubulaes velhas vendidas no mercado como sucata.

Atualmente devido grande variedade de formas e bitolas e melhoria da qualidade do ao,utiliza-se os perfis laminados pela Gerdau Aominas com as seguintes vantagens:

possvel a obteno de estacas metlicas compostas por uma nica pea

formas geomtricas de sees I ou H e

dimenses e cargas variveis de acordo com as necessidades de cada obra

A Gerdau Aominas lamina os seus perfis estruturais com ao ASTM A 572, que tem comocaracterstica principal o limite da tenso de escoamento de = 3.450,00 kg/cm (38% maior emcomparao do ao ASTM A36 da Usiminas que de = 2.500,00 kg/cm)




Controle de qualidade da cravao de estacas pr-moldadasde ao

No controle de qualidade na cravao das estacas devemser observados os mesmos itens das estacas de concreto:

Inspeo do equipamento ( torre, capacete, peso domartelo, ficha de campo)

Recebimento das estacas ( bitolas, pesos, corroso ,linearidade)

Execuo de estacas prova e eventuais provas decarga

Controle de cravao ( grfico de cravao, negas,amaado ou desvios durante a cravao)

Controle aps a cravao ( levantamento,relaxamento, excentricidade)




Estaca barrete 0,50 x 2,50 aps a escavao Fnac Praa dos Omaguas

FUNDAES: ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZADOR




Equipamento para execuo dos Estaces



ASPECTO TCNICO

As estacas escavadas com o auxlio do fluido estabilizador so normalmente utilizadas em obrasde grande porte onde a adoo de uma estaca que absorva grandes carregamentos passa a servantajosa quanto aos aspectos tcnico e econmico

Existem duas modalidades executivas de estacas escavadas com fluido:

Estacas Barrete: escavadas com auxlio de Clam Shell acionados a cabo ou hidraulicamente

Estaces: escavados com mesa rotatria e caambas

As estacas escavadas com fluido estabilizador so executadas em 3 etapas :

escavao

colocao de armao e

concretagem




ESCAVAO

Para guiar o clam shell a barrete necessita da execuo de uma mureta guia moldada in loco

Os estaces necessitam da implantao de camisa metlica removivel

As profundidades que as estacas tipo barrete atingem funo do comprimento dos cabos quesustentam o Clam Shell e suas dimenses variam de 30x250 a 120x250 cm

Os estaces podem ser executados com bitolas que variam entre 60 e 200 cm e profundidadesde at 70 mts


Detalhe da Mureta Guia para barrete Camisa metlica para estaco




A verticalidade das estacas e as tendncias de desvio e toro esto ligadas qualidade dasferramentas utilizadas na escavao e implantao das muretas guias e camisas metlicas

A escavao totalmente preenchida com lama bentontica ou polmero que tem a funo deestabilizar a escavao devido s propriedades que elas possuem

O fluido estabilizador deve ter controle tecnolgico executado antes da escavao e antes daconcretagem

Para tanto a obra deve contar com laboratrio equipado no mnimo com: funil de Marsh, para verificar a viscosidade balana de densidade para aferir a densidade e bureta graduada para verificao de teor de areia Verificao do ph



CONCRETO

CONCRETO

GAIOLA

ARMAO

Modelo de subida do concreto em uma concretagem submersa com auxlio de tubo tremonha

FUNDAES: ESTACAS ESCAVADAS COM FLUIDO ESTABILIZADOR - CONCRETAGEM




CONCRETAGEM

O concreto de enchimento deve ter: consumo mnimo de 400 kg/m3 de cimento (dar preferncia ao cimento CP III com

ausncia de superfluidificante) fator a/c 0,55 dimetro mximo do agregado de 20 mm e slump de 20 2 cm

A concretagem executada:

com a instalao do tubo tremonha at o fundo da estaca e

pelo lanamento do concreto no funil existente no topo do tubo

O concreto, por ser mais denso que a lama, expulsa-a preenchendo a estaca de baixo para cima O tempo de concretagem da estacas no deve ultrapassar a 3 horas da sada do primeiro

caminho de concreto da usina Aps a concretagem deve-se quebrar a borra que se forma no topo da estaca (40 a 50 cm)



Mureta guia para estaca barrete.

Rua da Consolao

Silos de Armazenagem

Clam Shell

Tubos Tremonha

Mureta Guia




Silos de armazenagem da lama e perfuratriz da bomba desarenadora. - Rua Joaquim Antunes

FUNDAES: ESTACAS ESCAVADAS COM COM FLUIDO ESTABILIZADOR



Camisa metlica e caamba para execuo do estaco de

dimetro 120 mm.Rua Joaquim Antunes




Implantao de gaiola de armao com rolete.Rua Joaquim Antunes




Concretagem com tubo tremonha. - Rua Joaquim Antunes





A execuo das estacas escavadas com auxilio de fluido estabilizador um servio delicado e deveser criteriosamente controlado para no gerar patologias futuras.

Citamos como itens principais a serem observados :

Inspeo do equipamento (clam shell, caambas, camisas metlicas mureta guia silos,misturadores, desarenador, etc.);

Laboratrio para controle do fluido estabilizador; Boletim de Campo com dados da estaca, controle do fluido estabilizador, caminho de

concreto, grficos de subida do concreto, etc; Acompanhamento da escavao (profundidade, condies do fluido estabilizador,

estabilidade da escavao);

Acompanhamento da concretagem (tempo de aplicao do concreto, slump, subida doconcreto real e terica, moldagem de corpos de prova para ruptura);

Inspeo visual no arrasamento da estaca (verificao da borra, existncia de vazios ,condio da armao de espera, etc.)



Reforo de fundaes em estacas Raiz. - Sala So Paulo

FUNDAES: ESTACAS TIPO RAIZ



ASPECTO TCNICO

A estaca raiz executada etapas em 3 fases distintas : perfurao, armao e concretagem

Perfurao executadas por meio de perfuratrizes rotativas e circulao de agua paraexpulso do material escavado , utilizando revestimento de tubos rosqueveis ao longo detodo o furo, de modo a garantir a integridade de seu fuste.

A perfurao pode ser executada com revestimento parcial e complementada com triconee fluido estabiilizador devendo, neste caso, ser levado em considerao no calculo esseprocedimento devido a diminuio do atrito lateral e segregao de solo na ponta da estaca

Caso ocorra materiais de dificil escavao pode-se utilizar martelo de fundo paradesagrega-lo

Armao composta por gaiola, feixe ou monobarra implantada no interior do tubo,

Concretagem feita com argamassa fluida de cimento e areia (600 kg/m3) injetada comtubo tremonha de baixo para cima com auxilio de golpes de ar comprimido.




FUNDAES: ESTACAS TIPO RAIZ PERFURAO



comum o abatimento da argamassa durante a retirada do tubo sendoo seu nvel completado antes da aplicao do ar comprimido

A argamassa de preenchimento possui um trao aproximado de:

1 saco de cimento para 22 a 25 lts de agua e 80 a 85 lts de areia,o queconfere resistncias maiores que fck 18 Mpa

Na execuo das estacas raiz devero ser observados os itens:

inspeo do equipamento - perfuratriz com torque compativel com abitola, jogo de tubos, bombas de agua, misturador de argamassa,compressor de ar, etc

Boletins de execuo das estacas

Execuo de estacas proximas em intervalo menor que 24 horas

Existncia de camada de pedregulho que pode comunicar comestacas anexas

Inspeo visual da superficie da estaca para verificar abatimentos

Verificao das excentricidades

Moldagem do corpo de prova da argamassa para ruptura




PROVA DE CARGA ESTTICA

A execuo de uma prova de carga esttica em uma obra no um procedimento simples noque se refere parte executiva, demandando a necessidade de:

macacos hidrulicos de grande capacidade aferidos

Cargueiras, estacas ou tirantes para servirem de reao

Extensmetros, etc.

Os carregamentos podero ser aplicados de forma lenta, rpida, mista ou cclica

CONTROLE DE DESEMPENHO DAS ESTACAS



PROVA COM CARREGAMENTO LENTO

Ela executada em 5 etapas de carregamento sendo que cada uma corresponde a aproximadamente 20%da provvel carga de trabalho da estaca.Aps o trmino de cada etapa de carregamento executam-se leituras de deslocamentos verticais da estacaem perodos de tempo progressivos na razo de 2 vezes (1 min, 2 min, 4 min.......120 min) at que haja aestabilizao dos deslocamentos.A carga mxima dever permanecer aplicada por 12 horas no mnimo sem que haja evoluo nosdeslocamentos.

PROVA COM CARREGAMENTO RPIDO

Executada com incremento de carregamentos de 10% da carga de trabalho aplicados a cada 10 minutosdevendo a carga mxima ser mantida por 120 minutos aps a sua estabilizao




PROVA COM CARREGAMENTO MISTO

Executada de acordo com uma prova de carga lenta at atingir 1,2x( carga de trabalho da estaca ensaiada) ecarregamento rpido at a sua finalizao

PROVA COM CARREGAMENTO CICLICO

Executada com ciclos sucessivos de cargas e descargas com incrementos de carregamentos lentos ou rpidos

A maioria das provas de carga no so levadas a ruptura limitando o carregamento mximo daestaca a duas vezes a carga de trabalho.

Nesta condio a ruptura da estaca pode ser estimada utilizando-se mtodos para extrapolao dacurva deformao x carga tais como o proposto por Majurkiewick




Esquema de aquisio de dados de campo

PROVA DE CARGA DINMICA



PROVA DE CARGA DINMICA



PROVA DE CARGA DINMICA SINAL TPICO OBTIDO NO ENSAIO

Controle tecnolgico e execuo de fundaes Ivan de Oliveira Joppert Jr. Eng. Civil, Professor de Fundaes da Escola de Engenharia da Universidade Mackenzie,

Diretor da Infraestrutura Engenharia

Realizao:

2014

Documents

Apresentacao IvanJoppert 07deagosto 2014