Post on 06-Feb-2018
UNIVERSIDADE: _____________________ Curso: _____________________________
Fundações Profundas:
“Tubulões”
Aluno: _____________________________ RA: __________ Professor: Professor Douglas Constancio Disciplina: Fundações I
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 1
Data: Americana, abril de 2004.
Fundações Profundas:
“Tubulões”
1- Tipos de tubulões: A - A Céu aberto: - sem escoramento; - com escoramento. B – Pneumático: - Com revestimento metálico; - Com revestimento de concreto. 2- Métodos de perfuração - Manual (sarrilho + balde + pá + picareta); - mecânico (perfuratriz). Obs: A abertura mecanizada só do fuste, pois a base deverá ser feita manualmente. 3- Detalhe genérico do tubulão: Vista em planta:
F B
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 2
A altura H (embutimento) mínimo recomendado por norma = 4 m
Onde: F = Diâmetro do fuste B = Diâmetro da base H = Altura da base Va = Volume de Alargamento
Vista em corte:
Va
H
60°
B
F
Rodapé = 0,1 a 0,2 m
Armadura de coroamento
Concreto
4- Tipos principais: A – Tubulão a céu aberto: A.1 – Sem escoramento: Nada mais é do que um poço onde na cota de apoio, cria-se uma base e posteriormente a sua abertura, concreta-se o conjunto, constituído de fuste, base e armadura de coroamento. Características gerais: - Escavado manualmente; - φ mínimo do fuste para escavação manual = 0,70 m; - Ângulo de 60º é suficiente para que não tenha necessidade de colocação de armadura na base; - Só para receber esforços verticais; - Executado somente acima do lençol freático (N.A.); - Executado em solos coesivos; - Concreto utilizado pode ser o ciclópico.
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 3
A.2 – Com escoramento: A.2.1 – Tipo Chicago:
Diâmetro do fuste
Pranchas de madeira(sarrafos)
Prancha de madeira(sarrafos)
Anel Metálico
1,5
a 2,
0 m
Anéis metálicos
Características gerais: - Escoramento das paredes do fuste é feito com madeira preso por anéis metálicos; - Elementos de escoramento podem ou não ser recuperados durante a concretagem; - Elementos de escoramento, são utilizados em trechos onde o solo é de baixa consistência; - Só para receber esforços verticais; - Executado somente acima do lençol freático (N.A.); - Concreto utilizado pode ser o ciclópico.
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 4
A.2.2 – Tipo Gow:
2,0
m
1/2"
Ø Mín = 0,8 m
Anéis metálicos(Telescópicos)
Características gerais: - Escoramentos laterais da parede do fuste, são executados com anéis metálicos telescópicos, cravados por percussão; - Elementos de escoramento são recuperados durante a concretagem; - Só para receber esforços verticais; - Executado somente acima do lençol freático (N.A.); - Concreto utilizado pode ser o ciclópico. Nota importante: Os tubulões a céu aberto são considerados o tipo de fundação mais barata, dentro das fundações profundas. B – Tubulão pneumático: Generalidades: - As cotas de apoio das bases dos tubulões, são executadas abaixo do lençol freático. (N.A.); - As condições de trabalho normais para elemento humano e de 3 atm (30 m.c.a);
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 5
- Rebaixamento do N.A. é feito sob pressão, com auxílio de ar comprimido.
- Revestimento das paredes do fuste pode ser feito com anéis de concreto ou anéis metálicos. B.1 – Tipo Benoto: - Executado com cravação mecânica de tubo metálico de espessura ¼”; - Diâmetro do tubo é igual ao diâmetro do fuste; - concreto utilizado pode ser o ciclópico e o utilizado para a concretagem do fuste pode ter um fck = 9,5 MPa (95 kgf / cm2), pois o tubo metálico de aço é considerado como um reforço para os esforços de compressão. - Escavação após a cravação do tubo é feita manualmente.
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 6
Treliça para coloção da campânula e do tubo metálico
Braço
Máq
uina
Ben
oto
Rot
ação
Peso
Peso
Solda para emenda
Tubo metálico
Cinta metálica
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 7
B.2 – Tipo Pneumático: (anel de concreto) Características gerais: - Revestimento das paredes laterais do fuste é feito com anéis de concreto com diâmetro externo igual ao diâmetro do fuste. - Os anéis de concreto, movem-se verticalmente pelo peso próprio; - Escavação é feita manualmente; - As escavações feitas abaixo do N.A. são feitas manualmente com o auxílio de uma campânula; - O diâmetro interno ≥ 0,70 m (diâmetro do fuste). Detalhe construtivo:
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 8
Anel de Concreto
Ar Comprimido
N.A.
Campânula
2,0
a 3,
0 m
Detalhe construtivo da campânula de compressão:
Cachimbo para retirada de solo
Cachimbo de Concretagem
Ar Comprimido
Cachimbo de armadura
Porta
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 9
Considerações da NB – 51/78: (recomendações) 1- Os centros de gravidade da área do fuste e da base devem coincidir com o ponto de
aplicação da carga do pilar, (exceto em pilar de divisa), e em qualquer caso os centros de gravidade da área da base e do fuste devem coincidir.
2- No caso de tubulão sem revestimento, o coeficiente de minoração da resistência do concreto γc deve ser tomado igual a 1,6 tendo em vista as condições de concretagem, com revestimento γc = 1,5.
3- Desde que a base esteja embutida em material idêntico ao do apoio, num mínimo de 20 cm, o ângulo α pode ser adotado igual a 60º independente da pressão admitida de armadura de base.
4- A altura do alargamento da base (H) não deve ser superior a 2,0 m, a não ser em casos plenamente justificados.
5- O peso próprio do tubulão não é considerado nos cálculos, pois na fixação da tensão admissível do solo, na cota de apoio, supõe-se a resistência lateral ao longo do fuste igual ao peso próprio do tubulão.
A- Pilar isolado
Pilar
Bloco de transição
Va
H
60°
B
F
0,2 m (Rodapé)
Vista em planta:
F B
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 10
Onde: F = Diâmetro do fuste = Diâmetro B = Diâmetro da base = Diâmetro H = Altura da base
O fuste deve ser dimensionado com pilar, ou seja, peça estrutural de concreto submetida a uma compressão.
Adota-se coeficiente de majoração de carga γf = 1,4.
Adota-se coeficiente de minoração de resistência do concreto (γc). Sem revestimento: γc = 1,6 Com revestimento: γc = 1,5
Multiplica-se a resistência característica do concreto pelo coeficiente de 0,85 para levar em conta a diferença entre resultados de ensaios rápidos de laboratório e a resistência do concreto sob a ação de cargas de longa duração.
fustedoDiâmetrofckPF
C
=××
××=
γπ 85,0
)4,1(4
A base é calculada para que não ultrapasse a tensão admissível do solo na cota de
apoio do tubulão.
basedaDiâmetroPBS
=××
=σπ
4
A altura H do alargamento é função da inclinação α que por sua vez deve ser tal que
não haja necessidade de introdução de ferragem na base.
º60;2
==×−
= αα ondebasedaAlturatgFBH
Exemplo nº 01: Dimensionar um tubulão para uma carga P = 255 t, com um concreto 100 kgf / cm2 e um solo com σs = 50 tf / m2 na cota de apoio da base, sendo um pilar isolado, admitir tubulão com revestimento.
mfckPF
C
90,089,0
5,1100085,0
)2554,1(4
85,0
)4,1(4∴=
××
××=
××
××=
πγ
π
mmPBS
55,254,250
22544∴=
××
=××
=πσπ
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 11
mmtgtgFBH 45,142,173,12
90,055,2º602
90,055,22
∴=×−
=×−
=×−
= α
H=
1,45
m
0,20
m
B=2,55m
F = 0,90 m
F =
0,90
m
B =
2,5
5 m
Onde: F = 0,90 m B = 2,55 m H = 1,45 m
Como calcular o volume para a base circular (VB):
)(
322
1 rRrRhV ×++××
=π
0
22 hRV ××= π
VBVVVTOTAL =+= 21 rodapédoalturahondehohH =+= 0;
r
r
h
R
R
ho
V1 V2
Base do tipo comum circular
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 12
VB = 4,16m3
Exemplo nº 02: Pilar isolado Seção de 0,80 X 0,60 m Carga P = 840 tf fck do concreto = 95 kgf / cm2 = 9,5 MPa = 950 tf / m2
σs = 6,0 kgf/cm2
Admitir tubulão a céu aberto sem revestimento.
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 13
B- Pilar de divisa (alavancado)
Não se executa tubulão com base circular, porque a excentricidade da peça seria muito grande.
Usamos alargamento da base na forma de falsa elipse: 1 retângulo
2 semicírculos
Viga alavanca ou de equilíbrio
A distância do centro do fuste a base da divisa, “a”, deve se situar no intervalo de: 1,2 a 1,5 m
Uma vez escolhido o valor de “a” a excentricidade esta definida:
25,2 ab
cmae −−= Onde: ba = menor dimensão do pilar / 2,5 cm = folga
ellPR
−×
= 11
222PPR Δ
−= 11: PRPOnde −=Δ
A falsa elipse, composta de um retângulo e dois semicírculos, é calculada de tal
forma que a área total, “A”, transmita carga para o solo, em função de sua pressão admissível, assim, conhecendo-se esta área “A”, calcula-se o disparo “X”.
S
RAσ
1= XBBA ×+×
=4
2π B
BAX ×−=
4π
Onde B ≅ 2a (Por causa das limitações de espaço)
A altura deve ser calculada de tal forma que na maior dimensão seja respeitado o
ângulo de 60º com a horizontal.
º602
tgFXBH ×−+
=
Deve-se limitar o disparo “X” no máximo ao diâmetro dos semicírculos:
BX ≤
Os centros de gravidade das áreas do fuste e da base devem estar sobre o eixo da
viga alavanca.
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 14
Observar a ilustração com muita atenção!
l
e
P1
DIV
ISA
R1
f
a
X
lP2
R2
R1
e
P1
R2
P2
Esquema Estático :
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 15
Exemplo nº 03: Dados Pilar de divisa: fck do concreto = 100 kgf / cm2 = 10 MPa = 1000 tf / m2
σs = 6,0 kgf/cm2
Admitir tubulão a céu aberto sem revestimento.
1,0
1,0Divisa
0,50 0,60
2,5 cm (folga)
P1 = 325 tf P2 = 430 tf
6,00
Dimensionamento do P1: a = 1,20 m (adotado) (de 1,2 a 1,5 m) e = a – 2,5 cm – ba / 2 (ba: menor dimensão do pilar) e = 1,20 – 0,025 – 0,50 / 2 = 0,925 m
tfellP
R 23,384075,5
1950925,06
632511 ==
−×
=−×
=
21 40,6
6023,384 mRA
S
===σ
mmaB 40,220,122 =×=×=
mBBAX 80,077,040,2
440,240,6
4∴=×−=×−=
ππ
Mas, X ≤ B. Portanto OK!
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 16
):(15,113,1
6,1100085,0
)23,3844,1(4
85,0
)4,1(41RPcasonestem
fckPF
C
=∴=××
××=
××
××=
πγ
π
mtgtgFXBH 80,177,1º602
15,180,040,22
∴=×−+
=×−+
= α
B = 2,40 m
F =
1,15
m
X =
0,8
0 m
Dimensionamento do P2:
tfPPR 38,4002
)32523,384(430222 =
−−=
Δ−=
mfckPF
C
15,112,166812,2242
6,1100085,0
)38,4004,1(4
85,0
)4,1(4==
××
××=
××
××=
πγ
π
mmPBS
95,291,260
38,40044∴=
××
=××
=πσπ
mtgtgFBH 55,173,12
15,195,2º602
15,195,22
=×−
=×−
=×−
= α
F =
1,15
m
B =
2,9
5 m
)(3
221 rRrRhV ×++×
×=π
02
2 hRV ××= π
321 11,6 mVBVVV BASETOTAL ==+=−
hohH +=
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 17
VB = 6,55m3
Como calcular o volume para a base falsa elipse (VB):
rodapédoalturahondehohH =+= 0; Base do tipo "falsa elipse"
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 18
r
h
RR
ho
)(3
221 rRrRhV ×++×
×=π
)(22 rRhxV +××
=
02
3 )2( hrRRV ×××+×= π
321 VVVVTOTAL ++=
R R r
x
V1
V2
V3
Exemplo nº 04: Dados Pilar de divisa: fck do concreto = 100 kgf / cm2 = 10 MPa = 1000 tf / m2
σs = 6,0 kgf / cm2 = 60 tf / m2
Admitir tubulão a céu aberto sem revestimento.
4,000,
6
0,3Divisa
0,3 0,3
2,5 cm (folga)
P1 = 400 tf P2 = 300 tf
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 19
C- Tubulão de pilares próximos: Conselhos importantes:
Não associar fundação de dois ou mais pilares com um único tubulão. Ocorrendo superposição das áreas da base, deve-se utilizar falsa elipse.
Observações gerais: A. Caso os pilares estejam tão próximos que não seja possível a solução trivial, afasta-
se o centro de gravidade dos tubulões e introduz-se uma viga de ligação.
Viga de InterligaçãoSolução trivial comum
B. Para pilares muito longos em seção transversal é aconselhável a utilização de dois
tubulões na forma de falsa elipse. (l > 2,00 m).
l
Pilar
Podem Encostar
Viga de Interligação
C. Na mesma cota de apoio: os tubulões podem encostas as suas bases.
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 20
Cota de apoio
Podem encostar
Exemplo nº 05: Dados Pilares próximos: fck do concreto = 100 kgf / cm2 = 10 MPa = 1000 tf / m2
σs = 5,0 kgf / cm2 = 50 tf / m2
Admitir tubulão a céu aberto com revestimento.
0,60
2,00
0,60
0,60
0,60
P1 = 560 tf P2 = 560 tf
Como os pilares são próximos e as bases dos tubulões irão se sobrepor, devemos utilizar base na forma de falsa elipse, afastando o centro de gravidade do tubulão em relação ao centro de gravidade do pilar introduzindo a viga de rigidez.
mfckPF
C
35,133,1
5,1100085,0
)5604,1(4
85,0
)4,1(4∴=
××
××=
××
××=
πγ
π
220,11
50560 mPA
S
===σ
Impondo X = B para que a base do tubulão fique o mais parecido a uma circunferência.
mmABX 55,251,242,114
44
∴=+
×=
+×
==ππ
Altura da base = mtgtgFXBH 25,324,3º602
35,155,255,22
∴=×−+
=×−+
= α
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 21
2,55
2,55
1,001,00
2,00
1,35
2,55
H = 3,25 m
Viga de Rigidez
D- Em cotas diferentes:
a
E- Pilares de divisa com pequenas cargas: Nestes casos geralmente o disparo x da valor negativo, e a melhor solução é um tubulão na forma de cachimbo com armadura de fretagem, ou seja, sem coroamento, somente com bloco circular com diâmetro do fuste.
0,7
0,2
A A
1,20
Corte A-A
Bloco de Fretagem
0,40,4 0,4
Dimensões mínimas para escavação manual
Armadura do Pilar
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 22
α : Deve respeitar Para solo ≥ 60º Para rocha ≥ 30º
F = 0,80 m B = 0,80 x 1,20 m H = 0,70 m
Anexo-01:
Projeto Tubulões 01 Projeto Tubulões 02
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 23
1º Projeto – Tubulões: Dado o perfil de sondagem abaixo:
a- Determinar a cota de apoio do tubulão (Tubulão a céu aberto sem revestimento). b- Determinar a tensão admissível do solo na cota de apoio do tubulão. c- Dimensionar os tubulões dos pilares na planta em anexo. d- Calcular o provável volume de escavação.
SPT Descrição do material ( m ) 5
8
12
Argila silto arenosa, mole a rija, vermelha clara/escura. (solo residual)
3.00
22
25
32
45
25/1
I.P.
Argila silto arenosa, dura, variegada, vermelha clara/escura, amarela escura. (solo residual)
N.A 6,5
9.00 I.P. = Impenetrável a percussão
Obs-01: Admitir fck do concreto = 135 kgf/cm2
Obs-02: Para calcular o volume de escavação, montar um tabela de resumo de cálculos. Obs-03:
VF = Volume do fuste VB = Volume da base
VT = VF + VB Tabela: Resumo dos cálculos:
Pilar Nº
Carga (tf)
B (m)
F (m)
H (m)
VF (m3)
VB (m3)
VT (m3)
01 02 03 04 05
Volume total escavado m3
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 24
2º Projeto – Tubulões: Dado o perfil de sondagem abaixo:
a – Determinar a cota de apoio do tubulão (Tubulão a céu aberto sem revestimento). b – Determinar a tensão admissível do solo na cota de apoio do tubulão. c – Dimensionar os tubulões dos pilares na planta em anexo. d – Calcular o provável volume de escavação. e – Calcular o provável volume de concreto (concreto fck = 135 kgf/cm2)
SPT Descrição do material ( m ) 2
2
Argila silto arenosa, mole a rija, vermelha clara/escura. (solo residual)
2.00
6
18
11
32
Argila silto arenosa, variegada, vermelha clara/escura, amarela clara. (solo residual)
6.00 38
42
45
30/2
30/1
I.P.
Argila silto arenosa, com fragmentos de rocha em decomposição, variegada, vermelha clara, amarela clara, preta. (solo saprolítico)
N.A. 10.00
12.00 I.P. = Impenetrável a percussão
Obs-01: Admitir cota de arrasamento do concreto = 0,7 m da superfície Obs-02: Para calcular o volume de escavação, montar um tabela de resumo de cálculos. Obs-03:
VF = Volume do fuste VB = Volume da base
VT = VF + VB
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 25
Tabela: Resumo dos cálculos:
Pilar Nº
Carga (tf)
B (m)
F (m)
H (m)
VF (m3)
VB (m3)
VT (m3)
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 PT PT
Volume total escavado m3
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 26
Anexo-02:
Locação dos pilares – Projeto Tubulões 01 Locação dos pilares – Projeto Tubulões 02 Locação dos pilares – Projeto Tubulões 03
Volumes de escavação
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio 27
CÁLCULO DO VOLUME DA BASE DOS TUBULÕES
r
h
R
Base do tipo "falsa elipse" )(
322
1 rRrRhV ×++××
=π
0
22 hRV ××= π
21 VVVTOTAL += Base do tipo comum (circular)
R
ho
)(3
221 rRrRhV ×++×
×=π
)(22 rRhxV +××
=
02
3 )2( hrRRV ×××+×= π
321 VVVVTOTAL ++=
R r
V1
V2
V3
R
x
r
r
h
R
R
ho
V1
V2