MEE FundacoesEstacas

1

1/127

1/198 Mestrado em Eng. Estruturas: Edifcios em B.A.

Fundaes Indirectas por Estacas


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Introduo

Principais Mtodos Construtivos

Principais Aspectos Construtivos

Tipos de Comportamento de Estacas

Projecto de Estacas

2

3/127



Introduo - Fundaes Indirectas

transmitir as cargas estruturais ao estrato firme

localizado a uma dada profundidade Objectivo principal:

Quando o solo sob a estrutura:

- No apresenta capacidade resistente para acomodar fundaes superficiais

- muito compressvel assentamentos

- A compressibilidade e/ou a distribuio de cargas varivel assentamentos dif.

Quando necessrio resistir a foras horizontais e/ou arrancamentos (traces)

Quando a escavao necessria para atingir o estrato firme no econmica

Utilizao:

Principais tipos de

fundaes profundas:

Estacas e Barretas (grandes profundidades) (D/B>10)

Peges (pequenas profundidades) (D/B>4)

Microestacas (atrito lateral) e Colunas Jet Grouting

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Carta Geolgica de

Portugal Continental

Geologia muito

heterognea e algo

aleatria

Solues de fundaes

diversificadas adaptadas

s singularidades

geolgicas geotcnicas

e estruturais de cada

cenrio

3

5/127



Estacas - classificao e tipos

Quanto ao tipo de material

Madeira

Beto armado

Ao

Mistas

Solo - cimento

Pilar

Pavimento

Enrocamento

Perfis metlicos Beto

armado Madeira

Quanto ao comportamento

Ponta

Atrito lateral

Ponta e atrito lateral

Quanto ao mtodo construtivo

Moldadas in - situ

Pr-fabricadas e cravadas

Macio de encabeamento

Solo inapto para fundaes directas

Estaca

Estrato firme

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Estacas - tipo de material

Estacas de madeira

Utilizao mais antiga (ex: Baixa Pombalina)

Material de boa qualidade e sem defeitos

Dimetro mnimo de 0,30 m

Sempre abaixo do NF maior preservao

Estacas de beto armado pr-esforado

Sempre pr-fabricadas e cravadas

Pr-esforo destina-se a evitar a deteriorao durante o transporte e cravao

Estacas de ao

Cravao mais fcil do que com outros tipos de material

Perfis laminados (em geral HEB) e perfis tubulares

Desvantagem: corroso, em particular em terrenos com pH

4

7/127



(Micro)Estacas de madeira

8/127




5

9/127




10/127




6

11/127



NF actual

Estacas

madeira

Grelha de

distribuio

Piso

trreo

Degradao da

estaca de madeira

pelo efeito de

rebaixamento do NF

(Micro)Estacas de madeira (efeito da variao do NF)

Exemplo de aplicao: Baixa Pombalina micro-

estacas como elemento de tratamento do terreno

12/127




Baixa Pombalina

7

13/127



(Micro)Estacas de madeira Baixa Pombalina: grade de

distribuio de cargas

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(Micro)Estacas de madeira Baixa Pombalina: Faseamento

construtivo das estacas

8

15/127



(Micro)Estacas de

madeira Baixa

Pombalina

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(Micro)Estacas de madeira Baixa Pombalina

9

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Estacas - mtodo construtivo e respectivo campo de aplicao

Estacas pr-fabricadas

Estacas moldadas

Percusso

Rotao

Furadas

Fluido Estabilizador

Tubo recuperado

Tubo perdido

Areias e argilas (havendo necessidade de verificar a susceptibilidade para liquefao)

Solos brandos, aluvionares, para atingir o estrato rijo

Boa resistncia ao arrancamento devido s laminas laterais

Solos coesivos (quando no pro-vvel o desmoronamento do furo, ex: TC armaduras at 12m)

Solos pouco coesivos e/ou com NF

Altura das lamas dimensionada para anular a presso do solo nas paredes do furo

Solos muito pouco coesivos com NF e percolao

Obras martimas ou fluviais

Entubadas

No

entubadas

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Miniestacas metlicas cravadas por percusso: martelo pneumtico

10

19/127



Miniestacas cravadas por percusso: tipo TRM em ferro fundido dctil

20/127



Miniestacas cravadas por percusso: martelo pneumtico sistema seco, apenas com resistncia de ponta

Cabea de cravao

Via seca

11

21/127




Via seca Critrio de paragem

22/127



Miniestacas cravadas por percusso: martelo pneumtico sistema com injeco de preenchimento

Cabea de cravao e injeco

22/91 Via hmida

12

23/127




Via hmida atrito lateral

24/127




Via hmida

13

25/127



Miniestacas cravadas por percusso: martelo pneumtico sistema com injeco de preenchimento

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Miniestacas cravadas por percusso: campos de aplicao

14

27/127



Miniestacas cravadas por percusso: energias renovveis

28/127




Caractersticas das Miniestacas

15

29/127




Principais acessrios

30/127




Medio do

recobrimento

16

31/127



Estacas de beto armado cravadas por percusso: bate-estacas

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Estacas de beto armado cravadas por percusso: bate-estacas

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33/127



Estacas de beto armado pr-fabricadas, cravadas percusso (I)

As estacas so formadas por troos pr-fabricados, cujo compri-mento condicionado em geral por razes de transporte

Os troos sobrepem-se sucessivamente, atravs de dispositivos de ligao constitudos por colares metlicos e pinos, at perfazerem o comprimento total

Almofada metlica de

proteco colocada na

cabea da estaca antes

da aplicao da carga

de cravao

Norma: EN 12 699, Execution of Special Geotechnical Works Displacement Piles

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Estacas de beto armado pr-fabricadas, cravadas percusso (II)

Seces correntes [mm]

250x250

235x235

270x270

300x300

350x350

Nmx servio [kN]

450

600

800

1000

1400

Beto C45/55

Ao A500NR

Soluo de apli-

cao condiciona-

da em terrenos

com material

pedregoso

18

35/127



Estacas de beto armado pr-fabricadas, cravadas percusso (III)

36/127



Estacas de beto armado pr-fabricadas, cravadas percusso (IV)

19

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Estacas de beto armado pr-fabricadas, cravadas percusso (V)

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Efeitos secundrios de cravao de estacas

20

39/127




40/127




21

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(Micro)Estacas auto perfurantes por rotao

Tecnologia

Cilindro de ao ou beto com lmi-nas helicoidas nas suas superfcies laterais (tipo parafuso sem fim)

Penetra no solo por rotao

Materiais

Ao: facilidade de ligao

Beto armado (com ou sem pr-esforo): ligao com chapas

Utilizao

Solos brandos, aluvionares, at atingir o estrato rijo

Boa resistncia ao arrancamento devido s laminas laterais

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Estacas moldadas furadas (betonagem antes da colocao da armadura)

Tecnologia

Furao realizada por trado contnuo

Furo preenchido com beto de mdia trabalhabilidade (slump S4 EN206)

Colocao das armaduras no interior do furo (com vibrao do beto) exige grande coordenao entre operaes

Materiais

Beto armado

Utilizao

Solos coesivos (quando no provvel o desmoronamento das paredes do furo, ex: TC armaduras at 12m)

Estaca trado contnuo

Norma: EN 1 536, Execution of Special Geotechnical Works Bored Piles

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43/127



Estacas moldadas furadas (trado continuo CFA, Faseamento)

1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5 Fase

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Estacas moldadas furao com trado contnuo

Mangueira

Roldana

Cabea de rotao

Prolonga

Trado oco

Guia e

limpadeira

Ponteira

Equipamento de furao dimetros correntes

f400mm

f600mm

f800mm

f1000mm

Comprimento mximo das

armaduras: 12m

Comprimento mximo da

estaca: 20 a 30m

Na presena de materiais

pedregosos, de dimenso

superior a 0,20f, a tcnica

pode tornar-se desadequada

44/199

23

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Estacas moldadas furadas (no entubadas) trado contnuo

a) Furao

a) Furao

c) Colocao

de armadura

Armadura antes de ser

colocada no furo b) Betonagem

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Estacas moldadas furadas (trado continuo CFA, para rocha)

24

47/127



Estacas moldadas furadas (trado continuo - CFA)

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Estacas moldadas furadas (trado entubado)

25

49/127



Estacas moldadas com fluido estabilizador (no entubadas)

Tecnologia

Furao realizada por trado e/ou balde

medida que a furao progride, estabiliza-se o furo com bentonite

Colocao das armaduras no furo

Furo preenchido com beto de grande trabalhabilidade (slump S4 EN206), que dispondo de maior densidade expulsa a bentonite

Materiais

Beto armado

Utilizao

Solos pouco coesivos e/ou com NF

Altura das lamas dimensionada para anular a presso do solo nas paredes do furo

Estaca furada com

equipamento hidrulico

rotativo - vara telescpica

kelly e balde


50/127



Guia

Balde

Equipamento de furao dimetros correntes

f500mm

f600mm

f800mm

f1000mm

f1200mm

f1500mm

f2000mm

Estacas moldadas furao com equipamento hidrulico rotativo (vara telescpica kelly)

Vara kelly

Cabea rotao

Comprimento mximo da estaca e das armaduras: 40 a 80m

Pode ser utilizada em qualquer tipo de solos

50/199

26

51/127



Estacas moldadas com fluido estabilizador (tubo de boca)

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Estacas moldadas com fluido estabilizador: limpeza com

sistema air lift (fase 3)

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Estacas moldadas com bentonite (apenas tubo de boca)

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Estacas moldadas com tubo recuperado (entubadas)

Tecnologia

Furao realizada por trado e/ou balde sob proteco de tubagem, cuja base deve estar abaixo do fundo do furo

Tubagem enterrada por vibrao / rotao medida que o furo avana


Betona-se, a partir do fundo do furo, com beto de grande trabalha-bilidade (slump S4 EN206)

medida que se betona, extra-se o tubo devendo a base deste estar sempre cerca de 1,0m abaixo do nvel superior da betonagem

Materiais

Beto armado

Utilizao Solos muito pouco coesivos com NF e

percolao

Tubo colocado com mesa rotativa e

escavao com grab, suspenso em grua

Beto


28

55/127



Equipamento de furao

dimetros correntes

f600mm

f800mm

f1000mm

f1200mm

f1500mm

f2000mm

Estacas moldadas tubo colocado com mesa rotativa entubadora e furao com grab suspenso em grua

Comprimento mximo da estaca e das

armaduras: 40 a 80m

adequada para solos pedregosos, onde

necessrio incrementar a capacidade rotativa, e

para a colocao de tubos de boca

55/199

56/127



Estacas moldadas com tubo recuperado (furao com mesa

rotativa e grab suspenso em grua)

29

57/127



Equipamento de furao

dimetros correntes

f600mm

f800mm

f1000mm

f1200mm

f1500mm

f2000mm

Estacas moldadas tubo colocado com mesa rotativa entubadora e furao equipamento hidrulico rotativo

Comprimento mximo da estaca e das armaduras: 40 a 80m

adequada para solos pedregosos, onde necessrio

incrementar a capacidade rotativa, e para a colocao de

tubos de boca

57/199

58/127




30

59/127




60/127



Estacas moldadas com tubo perdido (entubadas)

Tecnologia

Furao realizada por trado e/ou balde sob proteco de tubagem, cuja base deve estar abaixo do fundo do furo

Tubagem enterrada por vibrao /rotao medida que o furo avana


Betona-se, a partir do fundo do furo, com beto de grande trabalhabilidade (slump S4 EN206)

Materiais

Beto armado

Utilizao

Situao pouco comum, adoptada apenas em obras martimas /fluviais (ex: obras c/ grande horizonte de projecto , tubos c/ espessura extra de dimensionamento)

Estaca furada com

equipamento hidrulico

rotativo - vara

telescpica kelly


31

61/127



Estacas moldadas com tubo perdido entubadas (furao com

rotativa hidrulica e balde)

62/127



Estacas moldadas com tubo

perdido (entubadas)

Furao com mquina

hidrulica rotativa

Colocao do tubo

moldador com recurso

a vibro fonceur

32

63/127




Colocao

do tubo

moldador

com

recurso a

vibro

fonceur

Preparao do tubo

moldador em

estaleiro

64/127




33

65/127




66/127




34

67/127



Estacas moldadas furadas com vara telescpica Kelly: aspectos construtivos

100

[mm] 1000 2000 3000 500

Prof.

5

0

68/127



5 12 50 100 200 250

Resistncia Compresso [MPa]


35

69/127



Resistncia Compresso MPa

250

D

e

nt

e

s

F

e

rr

a

m

e

n

t

a

s

100 50 12.5 5


70/127



Estacas moldadas aspectos construtivos: ferramentas furao

36

71/127



Estacas moldadas aspectos construtivos

b) Limpeza

do furo

c) Colocao

da armadura

d) Betonagem a) Entubamento

e furao

Dispositivos de

fixao dos

vrios troos de

tubos

72/127




b) Limpeza

do furo

c) Colocao

da armadura


e furao

Dispositivos de

fixao dos

vrios troos de

tubos

37

73/127



Estacas moldadas aspectos construtivos: trados

b) Limpeza

do furo

c) Colocao

da armadura


e furao

Ferramentas de furao

com rotativas hidrulicas

trados rocha e solos

74/127



Estacas moldadas aspectos construtivos: trados

Trado para solos

Trado rocha

38

75/127



Estacas moldadas aspectos construtivos: baldes

b) Limpeza

do furo

c) Colocao

da armadura


e furao


com rotativas

hidrulicas - baldes

76/127



Estacas moldadas aspectos construtivos: baldes

Balde com 1 face cortante

Balde com 2 faces cortantes

39

77/127



Estacas moldadas aspectos construtivos: caroteiros

b) Limpeza

do furo

c) Colocao

da armadura


e furao


com rotativas

hidrulicas - caroteiros

78/127



Estacas moldadas aspectos construtivos: caroteiros

Caroteiro de

bordos

cortantes

Caroteiro

de faces e

bordos

cortantes

Caroteiro

de bordos

com roller

bits

Dispositivo para alargamento

da seco da base da estaca

40

79/127




b) Limpeza

do furo

c) Colocao

da armadura


e furao


com rotativas

hidrulicas - caroteiros

Desmonte de um bloco

de rocha preso no

caroteiro

80/127




b) Limpeza

do furo

c) Colocao

da armadura


e furao

Fer

ram

enta

s d

e

esca

va

o c

om

rec

urs

o

a g

rab

41

81/127




b) Limpeza

do furo

c) Colocao

da armadura


e furao


tipo percusso com

recurso a trpano

82/127




a) Entubamento

e furao

b) Limpeza

do furo

c) Colocao

da armadura

d) Betonagem

Aps a concluso da furao

o furo deve ser limpo com

balde ou grab

Caroteiro (furao

em rocha)

Balde (limpeza

do furo)

42

83/127



Estacas moldadas aspectos construtivos: 2500mm de dimetro

84/127



Estacas moldadas aspectos construtivos: 3000mm de dimetro

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85/127




b) Limpeza

do furo


e furao

c) Colocao

da armadura

Colocao de espaadores

boca do furo para garantir o

recobrimento das armaduras

86/127




b) Limpeza

do furo

c) Colocao

da armadura

a) Entubamento

e furao

d) Betonagem

Betonagem submersa

com recurso a tubo

tremie (fmin =0,20m),

de baixo para cima,

podendo condicionar a

relao dimetro /

comprimento da estaca

A base do tubo deve ser

mantida

permanentemente no

interior da massa de

beto, num

comprimento mnimo

de 2m

44

87/127




b) Limpeza

do furo

c) Colocao

da armadura

a) Entubamento

e furao

d) Betonagem

88/127



Est

aca

s m

old

ad

as

a

spec

tos

con

stru

tivos,

fu

ra

o c

om

ala

rgad

or

da b

ase

Furao

com trado

Estabilizao do furo

c/ bentonite

Estabilizao do

furo com o tubo

Furao da base

com alargador

Introduo do

tubo moldador

Selagem do tubo e

remoo da bentonite

Remoo do tubo

moldador

Concluso da

estaca

88/199

45

89/127



Estacas moldadas com tubo perdido (furao por flying drill)

90/127



Estacas moldadas: furao atravs do sistema flying drill em

condies de acessibilidade condicionada

46

91/127



Estacas moldadas: flying drill principais aplicaes

92/127



Estacas moldadas com tubo perdido (entubadas flying drill)

47

93/127



Estacas moldadas: flying drill

equipamento de furao

94/127



Estacas moldadas: flying drill furao com circulao inversa

48

95/127



Est

aca

s m

old

ad

as:

fly

ing d

rill

s

iste

mas

de

fura

o

96/127



Injeco do p das estacas

49

97/127



Principais aspectos construtivos com influncia no Projecto

Desvios de verticalidade,

integridade e limpeza

Motivos da excentricidade:

heterogeneidade do solo (blocos, camada dura inclinada, etc.)

plataforma de trabalho desnivelada

Saneamento da

cabea da estaca Betes Armaduras

e

Valores mximos admissveis da excentricidade (e):

e < 0,15 m

para estacas de qualquer dimetro

O projecto de fundaes deve considerar esta excentricidade (e):

N = N

M = M + [N x e] + V x H

V = V e

M V

N

H

98/127



Saneamento da




Ensaios snicos para avaliao da integridade das estacas (I)

Van

tagen

s:

Deteco de defeitos ou de descontinuidades numa fase anterior entrada em

carga da estaca, em particular: incluses, fissuras, juntas, alargamento e

estrangulamento de dimetros, alterao nos materiais da estaca

Ensaio no destrutivo com possibilidade de ensaiar um nmero elevado de

estacas por dia (50 a 200 unidades), dependente das condies de acessibilidade

Co

nce

ito

:

Aplicao de uma pancada na cabea da estaca e medio da perturbao pela

onda incidente ao longo da estaca. Qualquer descontinuidade presente na estaca e

variaes litolgicas do terreno atravessado produzem ondas de reflexo

A onda incidente, e as suas reflexes, so detectadas por um acelermetro

colocado na estaca e os resultados so obtidos em velocidade - profundidade


50

99/127



Saneamento da


Ensaios snicos para avaliao da integridade das estacas (II)

Dispositivos e

execuo de ensaios

snicos de

integridade de estacas




100/127



Ensaios snicos

51

101/127



Ensaios snicos

102/127



Saneamento da


Ensaios snicos para avaliao da integridade das estacas (III)

Emissor Geofones Ensaio cross-hole - estacas moldadas

Ensaio geofsico a realizar no interior de dois

furos, em geral negativos, deixados no

interior da mesma estaca, permitindo obter a

distribuio espacial da velocidade de

propagao das ondas ssmicas (VS) entre os

dois furos

Este ensaio mais completo do que o ensaio

snico convencional, pois a emisso e a

recepo so realizadas a vrias profundidades,

permitindo uma caracterizao mais selectiva

das singularidades e eventuais defeitos




52

103/127



Ensaios Cross Hole

104/127



Ensaios Cross Hole: tubos acoplados s armaduras

53

105/127



Verificao da integridade das estacas: carotagem

106/127



Importncia da limpeza do fundo do furo

54

107/127



Aspectos construtivos: limpeza do fundo do furo

108/127



Saneamento da





Comprimentos de amarrao

Recobrimentos mnimos

Beto deteriorado

55

109/127



Saneamento da cabea das estacas: metodologia convencional

110/127




56

111/127




112/127



Saneamento da cabea das estacas: metodologia pr corte

57

113/127




114/127




Darda ou cunha Furao

58

115/127




Corte de estacas com revestimento Corte da estaca

116/127




Remoo vertical da

cabea da estaca

59

117/127




(Recepieux)

118/127



Dosagem mnima de cimento (com vista a obter uma boa trabalhabilidade):

Estacas moldadas c/ ou s/ tubo:

350 kg/m3

Estacas moldadas furadas / c/ lamas:

400 kg/m3

Saneamento da


Dimetro mximo dos inertes:

Estacas cravadas: < 25,0 mm

Estacas moldadas c/ ou s/ tubo: < 25mm

Estacas moldadas furadas ou c/ lamas:

mnimo: 1/4 da malha da gaiola

1/2 recobrimento

Trabalhabilidade - aferida atravs do ensaio cone de Abrahms:

slump aps retirada do

cone

Relaes limite

A/C < 0,6

cimento > 280kg/m3

Classe mnima de

exposio ambiental

EC2 (NP - EN206) Slump > 160mm, Classe S4 (NP EN206)




60

119/127



Betes Ensaios de Consistncia: NP ENV206

Ensaio de abaixamento ISO 4109 Ensaio Vb ISO 4110

Ensaio de compactao ISO 4111 Ensaio de espalhamento ISO 9812

120/127



Betes - Classes de Resistncia: NP - EN206/EC2

B15 B20 B25 B30 B37 B45 B50 B55 B60 REBAP:

Cubos normalizados ISO 4012: 150mm face, curados conforme ISSO 2736

Cilindros normalizados ISO 1920 : f150mm e L=300mm, curados (ISSO 2736)

61

121/127



Betes EC2

Valores do mdulo de elasticidade secante aos 28 dias: Ecm [MPa]

Valores caractersticos da tenso de rotura compresso (fck cilindros), valores mdios da resistncia traco (fcm) e valores caractersticos da tenso de rotura traco (ftk), todos em MPa

122/127



Betes EC2: Diagrama de Tenses Extenses em Compresso

Simples sc

62

123/127


Fundaes Indirectas por Estacas B

etes

: E

378

1996 (

LN

EC

) /

NP

EN

206

XC1

XC3

XC4

XC2

EN206-1

E464LNEC

XS2

XS3

XS1

XA1

XA1

XA2

XA3

124/127



Betes: E 378 1996 (LNEC)

Risco Moderado

Risco Mdio

Risco Alto

(XA1) (XA2) (XA3)

63

125/127


Fundaes Indirectas por Estacas B

etes

: E

378

1996 (

LN

EC

) /

NP

EN

206

(XC2)

(XC3)

(XC4)

(XS1)

(XS2)

(XS3)

126/127




(XC1) (XC2) (XC3) (XC4) (XS1) (XS2) (XS3)

64

127/127




(XA1) (XA2) (XA3)

128/127



Aspectos construtivos: betes

Im

port

nci

a da

curv

a de

bet

onag

em

no c

ontr

olo

da

exec

u

o d

as e

stac

as

Profundidade [m]

Volume [m3]

Curva terica

f800mm

Curva real medida

Identificao da estaca e da data da betonagem

65

129/127



Armaduras em todo o comprimento: para estacas flexo, traco e estacas inclinadas

Saneamento da


Disposies das armaduras:

Vares longitudinais: min 6, dispostos simtricamente e igualmente espaados de forma a conferir maior rigidez gaiola

Cintas: helicoidais p/ eliminar desperdcios

N mnimo de vares: n > 6

Dimetro mnimo: f longitudinal = 12 mm

f cintas = 8 mm

Armadura long. mn. (Aslong):

c x 4 A235

c x 3 A400, A500

(com Ac - seco da estaca)

Espaamento mx. armaduras longitudinais: 10cm

Espaamento mximo das cintas ou passo das hlices:

Estacas cravadas: < 15,0 cm

Estacas moldadas: < 20,0 cm

Recobrimento mnimo: Estacas pr-fabricadas cravadas 4,0 cm

Estacas moldadas furadas 6,0 cm

passo




130/127



fsyd

fsycd

-3,5x10-3 +10x10-3 Extenses (+e)

Tenses + sc

Aos EC2 / REBAP: Diagrama de Tenses Extenses e

Classes de Resistncia

Tenses - sc

Extenses (-e)

Traco

Compresso Aos fsyd [MPa]

a

Es = tg a = 200GPa, Mdulo de elasticidade

A 235 204

A 400 348

A 500 435

Os aos so classificados pelo valor da respectiva tenso de rotura, correspondente a cerca de 1,15 vezes o valor da tenso de cedncia (fsyd)

A 400 NR laminado a quente e rugoso

A 400 NL laminado a quente liso

A 400 ER endurecido a frio e rugoso

A 400 EL endurecido a frio e liso

Designaes:

Classes de resistncia:

66

131/127



Armaduras Tubulares Espessura extra [mm] para a preveno da corroso em solos: EC3

132/127



Armaduras Tubulares Espessura extra [mm] para a preveno da corroso em gua: FNRA (Finlndia), 100 anos de horizonte de projecto

67

133/127



Estacas em ambiente agressivo: zona critica splash

134/127



Estacas em ambiente agressivo: zona critica splash

68

135/127



Estacas - comportamento

Estacas de ponta Executadas at ao estrato firme rijo (bedrock), desprezando-se o atrito lateral

Penetrao: poder ser aconselhvel alargamento da ponta (pata de elefante)

Funcionam como pilares encurvadura por varejamento

Areias soltas: cravao compactao resistncia lateral

Estacas por atrito lateral No atingem o estrato firme, sendo a resistncia conferida

essencialmente por atrito lateral

Necessrio verificar possvel mobilizao de atrito negativo Situaes

particulares:

Mobilizao da ponta: s aps vencer atrito lateral assentamentos Maior contribuio para a capac. resistente conferida pelo atrito lateral

Estacas de ponta e atrito lateral

Situao real Especiais cuidados:

Atrito lateral Ponta

136/127




Distribuio da carga em profundidade Distribuio da resistncia lateral em profundidade

No existe

sobreposio

de efeitos

69

137/127




Estaca moldada

Estaca cravada

Qb resistncia de ponta mobilizada

Qs resistncia lateral mobilizada

138/127



Estacas comportamento: superfcies de rotura

Deformao do solo durante a cravao da estaca (Berezantev 1961)

70

139/127



Estacas comportamento: superfcies de rotura

Superfcie de rotura assumida por

Terzaghi, Sokolovski, Caquot e Krisel

Superfcies de rotura assumidas por

Meyerhof, para estacas longas (

esquerda) e curtas ( direita)

140/127



Estacas comportamento:

superfcies de rotura

Superfcie de rotura (Janbu 1976) Superfcie de rotura assumida por

Vesic e Skempton, Yassin e Gibson

Para qualquer

fenmeno de explicao

no linear existem

sempre vrias teorias

71

141/127



Projecto de Estacas - Faseamento

1 - Determinao das cargas actuantes em cada estaca

2 - Pr-dimensionamento (Geometria)

3 - Clculo da capacidade de carga

4 - Dimensionamento das estacas, macios de

encabeamento e vigas de fundao (equilbrio)

5 - Verificao da Segurana - Etapas

142/127



Projecto de Estacas

1 - Determinao das cargas actuantes em cada estaca (I) - transmitidas pela estrutura

a) Peso do macio encabeamento,

peso do terreno e excentricidade

e

H

Ntotal = N + [h solo Amacio] + [

beto Vmacio ]

Mtotal = M + [Ntotal e] + [VxH],

(com e=0,10m - em geral)

Vtotal = V

b) Distribuio das cargas pelas estacas

(macios com mais de 1 estaca)

Macio de duas estacas:

Nestaca = [NSd /2] +/- [MSd /L]

Vestaca = [VSd /2]

L

Msd

Vsd

Nsd

Macio com mais de duas estacas:

Nestaca = [NSd(Ai/Ai)] + [MSdx(Ai yi /IxG)] + [MSdy(Ai xi /Iy

G)]

Vestaca = [VSd (Ai/Ai)], com: xG=(Ai xi)/Ai ;IxG =Ai(yi-yG)

2

yG=(Ai yi)/Ai ;IxG =Ai(yi-yG)

2

x

y

G c yG

xG

c - ponto de aplicao da resultante Ntotal G - centro de gravidade do conjunto das

estacas

i

i i

i

i

i

M V

N

72

143/127



Projecto de Estacas

1 - Determinao das cargas actuantes em cada estaca (II) - transmitidas pelo terreno

a) Movimentos horizontais de solos compressveis

Muro cais

Encontro de ponte

Areia

Argila

mole

Aterro

Ph

Ph

144/127



Projecto de Estacas

1 - Determinao das cargas actuantes em cada estaca (III) - transmitidas pelo terreno

b) Consolidao de solos compressveis

Sobrecarga Atrito negativo

Argila

subconsolidada

73

145/127



Projecto de Estacas

1 - Determinao das cargas actuantes em cada estaca (IV) - transmitidas pelo terreno

c) Expanso volumtrica de solos

146/127



Projecto de Estacas

1 - Determinao das cargas actuantes em cada estaca (V) - mecanismos de rotura

a) Corte por carregamento vizinho b) Danos em estruturas e infraestruturas

74

147/127



Projecto de Estacas

1 - Determinao das cargas actuantes em cada estaca (VI) - mecanismos de rotura

c) Danos na superestrutura por condies de rigidez de fundao heterogneas

148/127



Projecto de Estacas

1 - Determinao das cargas actuantes em cada estaca (VII) - mecanismos de rotura

d) Traco das Estacas e) Compresso das Estacas f) Flexo e corte das

Estacas

T C H

75

149/127



Projecto de Estacas Rotura por corte e flexo das estacas

150/127



Projecto de Estacas Rotura por corte e flexo das estacas

76

151/127



Projecto de

Fundaes

Indirectas

Solues

Hbridas: Ponte

de Messina

(Barretas + Jet

Grouting)

152/127



Projecto de Fundaes Indirectas Solues Hbridas: Ponte

de Messina (Barretas + Jet Grouting)

77

153/127



Projecto de Fundaes Indirectas Solues Hbridas: Ponte

de Messina (Barretas + Jet Grouting)

154/127



Projecto de Estacas

2 - Pr-dimensionamento (Geometria) (I)

a) Escolha da tecnologia de execuo das estacas Relatrio de Prospeco

Informaes pr-disponveis b) Determinao do comprimento da estaca

Relatrio de Prospeco Geotcnica ponta (qual a profundidade ?)

Caractersticas mecnicas das camada tipo de estaca? atrito lateral

Situao multicamada

- Pelo menos 2 camadas de caractersticas diferentes so atravessadas

- Encastramento: 3f, em solos

1f, em rochas

f

L=D

camada 1

camada 2

Encastramento

e / ou

mnimo

78

155/127



Projecto de Estacas

2 - Pr-dimensionamento (Geometria) (II)

c) Localizao em planta Estacas: absorvem esforo axial (efeito de binrio)

(situao recomendvel) Vigas de fundao: absorvem momentos flectores

d) Dimetros das estacas

Afastamento mnimo entre estacas: 2,5 a 3,0 dimetros

Afastamento mnimo a obstculos (ex: constr. vizinhas): 0,70 m, condicionado por equip.

Vigas fundao com grande comprimento rigidez flexo momentos equilibrado c/ par de estacas (binrio)

Dimetros usuais [mm]: 400, 500, 600, 1000 e 1200

Controlo emprico dos

assentamentos - estacas:

[Nservio / Aestaca] < 5,0 MPa

Esbelteza: [L/f] < 40, depende do processo

construtivo e tipo de solo

e) Macios de encabeamento f) Vigas de fundao

Vo: L < 7,0m

Seco transversal

b>0,30m

H>(L/10 a L/12; =0,14)

Devem possuir rigidez flexo para controlar as-sentamentos diferenciais

b

H

L

f min 0,2

Planta

f+0,20

f min 0,2

Alado

H>

1,5f

min 0,2 4f

Alado

min(3f0,75m)

min

0,2

f

Planta

Alado

156/127



Projecto de Estacas

2 - Pr-dimensionamento (Geometria) (III)

Pego

Estaca

L/f < 10

smx servio = 1,5 a 3,0 MPa

L f

L f

10 < L/f < 40

smx servio = 5,0 a 6,0 MPa

79

157/127



Projecto de Estacas

3 - Clculo da capacidade de carga de cada estaca EC7

O EC7 prev os seguintes estados limites:

158/127



Projecto de Estacas


A segurana introduzida atravs de coeficientes parciais de segurana:

Majorao de aces (A)

Minorao das propriedades dos materiais (M)

Minorao das resistncias (R)

Para cada estado limite o EC7 prev valores (ou combinao de

valores) de coeficientes parciais adequados

80

159/127



Projecto de Estacas: EC7

Aces (A): majoradas pelos coeficientes G e Q

Fd = G FG + Q FG

Propriedades resistentes (M): minoradas pelos coeficientes f , c e cu

fd = atang (f /f)

cd = c / c

cud = cu / cu

Resistncias (R): minoradas pelos coeficientes R

Rd = R / R

160/127



Projecto de Estacas Verificao da Segurana: EC7

81

161/127



Projecto de Estacas Verificao da Segurana: EC7

162/127



Projecto de Estacas 3 - Eurocdigo 7 - EC7

Verificao da segurana de estacas compresso

(princpio orientador: margem segurana dependente do n de ensaios carga efectuados)

Nsd = Fc

82

163/127



Projecto de Estacas

3 - Clculo da capacidade de carga de cada estaca - estacas traco

Verificar se o peso da estaca suficiente para

anular a carga de traco aplicada

no seu coroamento

Verificar se a diferena equilibrada

pela resistncia mobilizada pelo atrito

lateral

Alterar soluo

Verificao da segurana:

Conceito de estados limites (EC 7)

Continuar o dimensionamento

Continuar o dimensionamento

No

No Sim

Verificao da segurana de estacas traco (princpio orientador: margem de segurana dependente do n de ensaios de carga efectuados)

En

saio

de

arra

nca

men

to

164/127



Projecto de Estacas


83

165/127



Projecto de Estacas Coeficientes parciais de segurana: EC7

M2

166/127



Projecto de Estacas Coeficientes parciais de segurana: EC7

84

167/127



Projecto de Estacas

3 - Clculo da capacidade de carga de cada estaca - estacas compresso (I)

Ensaios de carga (adoptados em cenrios particulares)

- Realiza-se numa estaca real carga aplicada na cabea ou base da estaca

- Vantagens: mtodo que funciona como investimento

- Desvantagens: os resultados podem no ser extrapolveis

Mtodos de clculo: Ensaios de carga , Formulas estticas, Mtodo do penetrmetro

Ensaios de carga estticos

168/127



Projecto de Estacas: EC7 ensaios de campo e ensaios de

carga dinmicos

85

169/127



Projecto de Estacas

3 - Clculo da capacidade de carga de cada estaca - estacas compresso (II)

Admite que a resistncia de ponta e lateral se desenvolvem em simultaneo e de forma independente do assentamento da estaca

Principais formulas: Caquot e Kerisel, Mtodo do Laboratrio de Delft e Mtodo de Meyerhof

Mtodos de clculo: Ensaios de carga, Formulas estticas , Mtodo do penetrmetro

Admite: Capacidade de carga = % Resistncia de ponta + Resistncia por atrito lateral

para ser mobilizada necessita de deformaes

atinge o valor mximo para pequenas deformaes

Factor Segurana Global

Qu = QP/3+ QL /2>Qservio

Mtodo do Laboratrio de Delft: Q = QP + QL (capacidade de carga a partir do CPT)

Resistncia de ponta

QP = 0,5 x [Rp + Rp

]

avaliada com base na configurao do bolbo de presses a partir de valores mdios de Rp

8,0B

f

3,5B

Rp

R

p

H3

RL

2

RL

3

Rp RL Resistncia lateral

QL = [fHiRLi] fc

fc - factor correctivo

0,33 - estacas cravadas

1,00 - estacas moldadas

H2

H1

RL

1

S1

S2

S3

f

i

170/127



Projecto de Estacas

3 - Clculo da capacidade de carga de cada estaca - estacas compresso (III)


Q = QP + QL (capacidade de carga a partir do penetrmetro esttico)

Resistncia de ponta QP = Ap kc qca

depende de: - encastramento da estaca

- tecnologia de execuo

Resistncia lateral: QL= f Hi qSi ], qSi = qci /aci

depende de: - tipo de terreno

- tecnologia de execuo da estaca

i

86

171/127



Projecto de Estacas



kc - factor de suporte

penetrmetrico

Ap - rea da ponta

AL rea do fuste

Tecnologia de execuo

Grupo I

estacas moldadas furadas (no entubadas)

estacas moldadas c/ lamas bent. (no entubadas)

estacas moldadas entubadas (c/ ou s/ recuper. do tubo)

barretas (painis de paredes moldadas com configurao em I, U, T, etc.)

Resistncia de ponta equivalente - qca [MPa]

lodos e argilas - qca = (1 a 2 NSPT)/10

argilas siltosas/arenosas - qca=(3NSPT)/10

areias argilosas - qca =(4NSPT)/10

Grupo II

estacas cravadas

poos ou peges

areias finas a mdias, siltosas/arenosas - qca = (5NSPT)/10

areias mdias/grosseiras com seixo - qca = (6NSPT)/10

Categoria da Fundao

Categoria IA

- estacas moldadas furadas ou c/ lamas

- poos, peges e barretas

Categoria IB

- estacas moldadas entubadas

Categoria IIB

- estacas cravadas - percusso

Categoria IIA

- estacas cravadas pr-fabricadas

- estacas cravadas pr-esforadas

- estacas cravadas com macacos

mdia de qc entre +/- 1,5f, em relao ponta (CPT)

(alternativa de pr-dimensionamento ao grfico do CPT)

172/127



Projecto de Estacas Mtodo do Penetrmetro

Clculo da resistncia de ponta equivalente

B- dimetro da estaca

Base da estaca

87

173/127



Projecto de Estacas



kc - factor de suporte penetrmetrico

qc - resistncia de ponta (CPT)

qs = qc / ac < qsmx (atrito lateral unitrio)

qcter. kc ac qs mx [MPa]

[MPa] Grupo I Grupo II IA IB IIA IIB IA IB IIA IIB

lodos e argilas moles 5,0 0,45 0,55 60 120 60 120 0,035 0,035 0,035 0,035

areias e siltes soltas 12,0 0,30 0,40 150 300 150 200 0,120 0,080 0,012 0,012

Natureza do solo

QP = AP x kc x qca (resistncia de ponta)

QL = (ALi x qsi) (resistncia lateral) i

174/127



Projecto de Estacas

Estacas compresso sservio < 5.0 MPa f Nsdservio Aslong min Asw/s cintas

400 630 kN 6f12 f8//0,15

500 980 kN 6f16 f8//0,15

600 1410 kN 7f16 f8//0,15

800 2510 kN 8f20 f10//0,15

1000 3920 kN 8f25 f10//0,15

1200 5650 kN 12f25 f10//0,15

Macios de 1 estaca f Macio[m] Aslong Asw/s

cintas

400 0,7x0,7x0,7 f10//0.15 f10//0,15

500 0,8x0,8x0,7 f10//0.15 f10//0,15

600 0,9x0,9x0,8 f10//0.15 f10//0,15

800 1,1x1,1x0,8 f10//0.10 f10//0,10

1000 1,3x1,3x1,0 f12//0.15 f12//0,15

1200 1,5x1,5x1,0 f12//0.15 f12//0,15

f

0,20 a 0,15 0,20 a 0,15

Alado Asw/s

As

As

4 - Dimensionamento das estacas, macios de encabeamento e vigas de fundao (I)

Nsd

B

H

Vsd

Nsd Msd

khorizontal

Modelo de clculo:

obteno dos esforos

dimensionar aos e.l.ltimos de

resistncia flexo como um pilar

88

175/127



Projecto de Estacas: Dimetros Comerciais e Cargas

176/127



Projecto de Estacas Macios de Encabeamento (1 estaca)

89

177/127



Projecto de Estacas Macios de Encabeamento (2 estacas)

178/127




4 - Dimensionamento das estacas, macios de encabeamento e vigas de fundao (II)

Macios de 2 estacas Nsd estaca = [Nsd / 2] + [Msd / L] + [(Vsd H) / L]

Vigas de fundao

Asw/s

L

Msd

Vsd

Nsd

Nsdestaca

Asw/s

As

As

B

cintas estribos

Nsd

As

As Nsd

estaca

H

Asw/s estribos

As

As

B

Msd macio = Msd

macio / (Bd2fcd) w = (1 + )

As = w B d fcd / fsyd [ = 1: As = As ]

Asw/sestribos = [Vsd - 1 B d]/[0.9 d fsyd] d

L

Modelo de clculo Msd Msd

L

Modelo de clculo para L>2H (viga) Msd Nsd

H

Fsd estaca= [Nsd

estaca]x[Lx0,5/0,9H] As = Fsdestaca/fsyd

Asw/sestribos = [Fsd

estaca- 1 B d]/[0.9 d fsyd]

Modelo de clculo para L>2H (bielas e tirantes)

Fsdestaca

90

179/127




4 - Dimensionamento das estacas, macios de encabeamento e vigas de fundao (III)

Mtodo da consola equivalente - clculo do momento mximo (Mmax) na estaca a partir do valor do esforo transverso no seu coroamemto (Fh)

m = factor de reduo (grfico)

LT = L + l (comprimento equiv.)

L = 1.1 4 [(Eestaca Iestaca) / Gs] (compr. elstico - vlido se L > 4L)

Mmax = m LT Fh

(este mtodo simplificado no

define a seco de Mmax e no

contabiliza de forma rigorosa

situaes multicamada, devendo

ser adoptado apenas em fase de

pr-dimensionamento)

l - distncia entre o ponto de aplicao de Fh e a cota do terreno resistente a solicitaes horizontais

Gs = Es / [2(1+n)], mdulo de distoro (considerar um valor mdio em situaes de multicamada)

180/127


Fundaes Indirectas por Estacas Projecto de

Estacas

Armaduras

longitudinais

91

181/127



Projecto de Estacas de Seco Circular bacos para clculo

de armaduras longitudinais em ao A235 (fsyd=204MPa)

Os esforos de flexo condicionam muito as armaduras da estaca

182/127



Projecto de Estacas de Seco Circular bacos para clculo

de armaduras longitudinais em ao A400 (fsyd=348MPa)

O valor de esforo axial crtico corresponde a n=0,40

92

183/127



Projecto de Estacas bacos para clculo de armaduras

longitudinais em ao A400 e beto C20/25: f500mm

MRd [kNm]

NRd [kN]

A400

C20/25

baco

r (%

armad

ura), M

Rd , N

Rd

Estacas f

500m

m

r = As / Ac

184/127




longitudinais em ao A400 e beto C20/25: f600mm NRd [kN]

MRd [kNm]

A400

C20/25

baco

r (%

armad

ura), M

Rd , N

Rd

Estacas f

600m

m

r = As / Ac

93

185/127





MRd [kNm]

A400

C20/25

baco

r (%

armad

ura), M

Rd , N

Rd

Estacas f

800m

m

r = As / Ac

186/127



186/91 Projecto de Estacas bacos para clculo de armaduras


MRd [kNm]

A400

C20/25

baco

r (%

armad

ura), M

Rd , N

Rd

Estacas f

1000m

m

r = As / Ac

94

187/127



Projecto de Estacas Macios de Encabeamento 4 Estacas (Pormenorizao Tipo com armadura de suspenso)

Necessidade de

armadura de suspenso

188/127



Projecto de Estacas Macios de Encabeamento 3 e 4 Estacas (Pormenorizao Tipo)

3 Estacas 4 Estacas

95

189/127



Projecto de Estacas Macios de Encabeamento de 4 Estacas

190/127



Projecto de Estacas Macios de Encabeamento 5 e 6 Estacas (Pormenorizao Tipo)

5 Estacas 6 Estacas

96

191/127



Conceito de Estados Limites: Rotura e Utilizao

Deformao

Carga

E.L. ltimo

E.L. Utilizao

(comb. rara aces)

Margem

Segurana

em relao

rotura

Deformao admissvel


192/127




97

193/127




194/127




98

195/127



Conceito de Estados Limites: Utilizao

1/100 1/200 1/300 1/400 1/500 1/600 1/700 1/800 1/900 1/1000

Limite para equipamentos

sensveis

Limite para contraventamentos

Aparecimento de fendas em edifcios

Aparecimento de fendas em paredes resistentes

Limite de segurana para pontes rolantes

Limite a partir do qual se torna visvel a inclinao de edifcios altos

Limite de segurana em paredes de alvenaria flexveis (h/L < 1 / 4)

Limite associado a danos estruturais em edifcios (E.L. ltimos)

(d / L)

196/127



Projecto de Estacas


a) - Estados Limites ltimos

Capacidade de carga das estacas - terreno:

- Conceito de estados limites (EC 7): Nsd compresso< Rc; Nsd

traco < Rt

- Conceito de factor de segurana global: Qu = QP/3 + QL/2 > Qservio

Flexo do macio de encabeamento e estacas - estrutura (EC2, REBAP)

Punoamento do macio de encabeamento - estrutura (EC2, REBAP)

Esforo transverso do macio de encabeamento e estacas - estrutura (EC2, REBAP)

b) - Estados Limites de Utilizao

Deformao vertical das estacas, frmulas da resistncia de materiais - estrutura + terreno:

Deformao vertical, transversal e rotao: - modelos de interaco solo estrutura

- Deformao vertical da estaca: w1 = [N x h] / [Aestaca

x Eestaca]

- Assentamento devido ao terreno de fundao: w2 = [0.35 N x d ]/ [Aestaca x Es]

w = w1+ w2

99

197/127



Pro

ject

o d

e E

staca

s E

.L

. U

tili

za

o d

EA

Substrato

h

L

Es,ns

db

Q

198/127



Pro

ject

o d

e E

staca

s E

.L

. U

tili

za

o

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