1-Fred Falconi-Cravação de Estacas Metálicas Com Martelos Hidráulicos e Vibratórios

8/18/2019 1-Fred Falconi-Cravação de Estacas Metálicas Com Martelos Hidráulicos e Vibratórios

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CRAVAÇÃO DE ESTACASMETÁLICAS COM MARTELOS

HIDRÁULICOS E VIBRATÓRIOS

Eng.FredericoFernandoFalconi

CONFERÊNCIA EM TECNOLOGIA DE FUNDAÇÕES – CTF 2016


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Estacametálicadeseçãodecrescentecomaprofundidade– análisededesempenhoe

critériosdedimensionamento



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2002Perfismetálicos

laminadosetrilhosfyk =2500kg/cm²

2005

ESTACAS METÁLICASHistórico

TR 25ESPECIFICAÇÃO31,4ÁREA DE AÇO (cm )24,7PESO (kg/m)25,0CARGA MÁXIMA (tf) 35,0

32,040,9

TR 32

40,037,147,3

TR 37

45,044,756,8

TR 45

55,050,464,2

TR 50

60,057,072,0

TR 57

TRILHOS

H 6" X 6"ESPECIFICAÇÃOÁREA DE AÇO (cm )

PESO (kg/m)CARGA MÁXIMA (tf)

LAMINADOS

60,060,677,3

30,027,334,847,3

37,140,0 40,0

37,748,1

I10 X 4 5/8"H 8" X 4" I12 X 5 1/4"2

2



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2002Perfismetálicos

laminadosetrilhosfyk =2500kg/cm²

2005


Novos perfis laminados ou soldados

• Ampla variedade de bitolas (de 150 a 610mm);

• Perfis de abas paralelas, que facilitam a solda de filete;

• Perfis mais leves e mais resistentes: fyk = 3450 kg/cm²



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SÉRIE 150

SÉRIE 200

SÉRIE 250

SÉRIE 310

SÉRIE 360

SÉRIE 410

SÉRIE 460

SÉRIE 530

SÉRIE 610


Perfislaminados



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Massa: 79 a 125 kg/m → 60%

Área: 100 a 159 cm² → 60%

Perímetro: 177 a 181 cm → 2,5%

ESTACAS METÁLICASA partir de 2002 – ampla variedade de bitolas para perfis de um mesmogrupo (mesma altura interna, dimensões externas semelhantes)



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2002 2005


Solução com estacas metálicas comseção decrescente com a profundidade


Perfismetálicoslaminadosetrilhosfyk =2500kg/cm²

Perfismetálicoslaminadosousoldados

fyk =3450kg/cm²


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ESTACAS METÁLICASSeção decrescente com a profundidade

Definição: estacas constituídas por perfis metálicos com dimensões de abae alma semelhantes, porém com espessuras menores ao longo daprofundidade.



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Critérios de dimensionamento:

1. Atender ao diagrama de transferência de cargas;


0

6

12

18

24

30

36

42

48

0 5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

P

r o f u n d i d a d e ( m )

Carga (tf)

DIAGRAMA DE TRANSFERÊNCIA DE CARGAS ATUANTES

1 5 0

1 2 0

8 0

4 º e l e m

e n t o

3 º e l e m e n t o

2 º e

l e m e n t o

1 º e l e m e n t o

2 2 0

P e r f i l

c o m s

e ç ã o c o n s t a n t e

A u m

e n t o d a m a s s a

Carga na ponta


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HP 310 X 93

10 50

ESCALA (mm)10 50

ESCALA (mm)

HP 310 X 93

10 50

ESCALA (mm)

HP 310 X 93

10 50

ESCALA (mm)

ESTACAS METÁLICAS


Seção decrescente com a profundidade

Critérios de dimensionamento:2. É indispensável que os perfis sejam

do mesmo grupo de fabricação(dimensões semelhantes), para queo procedimento e a qualidade dassoldas não sejam comprometidos.


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HP310x125

17,4

17,4

U=181cm

3 1 2

312


HP310x93

13,1

13,1

U=178cm

3 0 8

303

HP310x110

15,4

15,5

U=180cm

3 1 0

308

HP310x79

11,0

11,0

U=177cm

3 0 6

299



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13/112



HP310x93

HP310x79


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ESTACAS METÁLICAS


Seção decrescente com a profundidade

Critérios de dimensionamento:3. Carga admissível à compressão:

As*: área de aço já descontada a espessura de 1,0 a 3,2mmdevido à corrosão (NBR 6122/2010 – item 8.6.6.2).

Valoremfunçãodaagressividadedosolo


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Casosdeobra


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CASOS DE OBRA


Jaboatão dos Guararapes, PE – Agosto/2005


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CASOS DE OBRA



Solução com estacas de seção variável: 1050t de açoSolução com estacas de seção constante: 1170t de aço

Economiade120t(10%)


18/112

CASOS DE OBRA



Aterro

0,0

5,6

10,0

18,0

24,0

Turfa

Argilamuitomolecom

matériaorgânica

Areia

compacta


19/112

CASOS DE OBRA



Cravação em andamento


20/112

CASOS DE OBRA



Cravação


21/112

CASOS DE OBRA



Emenda dos perfis


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CASOS DE OBRA



Emenda dos perfis


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CASOS DE OBRA


Santos, SP – 2005 a 2007

Provas de cargainstrumentadas


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CASOS DE OBRA


Santos, SP – 2006 – obra PRED

• localização: Canal 6;

• 24 pavimentos;

• cargas nos pilares:• corpo do prédio: 400 a 1500tf;• periferia: 50 a 150tf.

• soluções de fundações estudadas:• estacas escavadas de grande diâmetro;• estacas metálicas de seção constante;•

estacas metálicas de seção decrescente.

Economiade12%

empesodeaço


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CASOS DE OBRA




26/112

CASOS DE OBRA




27/112

CASOS DE OBRA



Cargamáxima

detrabalho247tf


28/112

CASOS DE OBRA




29/112

CASOS DE OBRA



Cravação em andamento


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CASOS DE OBRA



STRAIN GAGES

CABOS

Instalação dos strain gages


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CASOS DE OBRA



Tubodeaçogalvanizado

parapassagemdoscabos

Protetorpara

straingages

Redutordeatrito

Pontadoperfil



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CASOS DE OBRA



Redutorde

atrito

Straingagesprotegidos

Vista do redutor de atrito


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CASOS DE OBRA



Fixaçãodostubosnoperfil


C Ê T F Õ CTF 2016


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CASOS DE OBRA



Resultados:

• os tubos não suportaram os esforços de cravação e acabaramdesprendendo do perfil;

• os strain gages foram perdidos;

• a cravação foi extremamente demorada, dificultando todo o processo epermitindo a recuperação do solo (set-up );

• a carga de ruptura foi satisfatória, obtendo-se um coeficiente de

segurança de 1,65.

C Ê T F Õ CTF 2016


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CASOS DE OBRA



Leituras de deslocamento


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CONFERÊNCIA EM TECNOLOGIA DE FUNDAÇÕES CTF 2016


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CASOS DE OBRA


Santos, SP – 2006 – obra CONF

• localização: entre os Canais 2 e 3;

• 23 pavimentos;

• cargas nos pilares: 200 a 1500tf

• soluções de fundações estudadas:• estacas escavadas de grande diâmetro;• estacas metálicas de seção constante;• estacas metálicas de seção decrescente.

Economiade14%empesodeaço



38/112

CASOS DE OBRA



Total:72estacas.

Comprimentoprevisto:46,0a48,0m.



39/112

CASOS DE OBRA



Total:72estacas.

Comprimentoprevisto:46,0a48,0m.



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CASOS DE OBRA





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CASOS DE OBRA


Santos, SP – 2006 – obra CONFcota sondage 100,45

COTA PROF.(M) SPT DESCRICAÇÃO0 0 cotas

, , , = ,98,45 2 9 (-1,45) SONDAGENS97,45 3 2696,45 4 32

95,45 5 19 W 310 X 9794,45 6 19 M EDIANAMENTE COMPACTA A COMPACTA, CINZA Area Aço (cm²)= 123,693,45 7 13 Area circunscrita (cm²)= 939,492,45 8 10 Perimetro colado (cm)= 17991,45 9 14 90,4590,45 10 5 AREIA FINA SILTOSA, COM N DULOS DE89,45 11 4 89,25 ARGILA, FOFA A PCO COMPACTA, CINZA88,45 12 287,45 13 2

, - , ( ,, ,

84,45 16 3 MUITO MOLE, CINZA ESCURA HP 310 X 9383,45 17 2 Area Aço (cm²)= 119,682,45 18 50 82,25 Area circunscrita (cm²)= 933,2481,45 19 34 Perimetro colado (cm)= 17880,45 20 58 '79,45 21 44 1º nível de Strain Gages (-20,5m)78,45 22 17 78,05 COTA 78,5077,45 23 376,45 24 375,45 25 3

, - , ( ,,

72,45 28 3 DE AREIA, MOLE, CINZA ESCURA71,45 29 370,45 30 3 HP 310 X 7969,45 31 3 Area Aço (cm²)= 10068,45 32 4 Area circunscrita (cm²)= 914,9467,45 33 5 Perimetro colado (cm)= 177,0

66,45 34 5 65,9565,45 35 5 2º nível de Strain Gages (-34,0m),64,45 36 6 64,15 COMPACTA, CINZA ESCURA Cota 65,0063,45 37 562,45 38 5 -37,0 (COTA 62,00)61,45 39 660,45 40 559,45 41 6 HP 310 X 7958,45 42 5 CINZA ESCURA Area Aço (cm²)= 10057,45 43 6 Area circunscrita (cm²)= 914,9456,45 44 5 Perimetro colado (cm)= 177,055,45 45 654,45 46 5 53,5553,45 47 12 52,80 AREIA FINA SILTOSA, COM MICA, POUCO52,45 48 16 3º nível de Strain Gages (-48,0m)51,45 49 19 Cota 51,050,45 50 9 AREIA FINA E M DIA SILTOSA, COM MICA, POUCO -49,0 (COTA 50,00)

, , / ,48,45 52 16 COMPACTA, CINZA47,45 53 29 46,96

AREIA FINA SILTOSA,

4 º E L E M E N T O

1 º E L E M E N T O

2 º E L E M

E N T O

3 º

E L E M E N T O

ARGILA MARINHA POUCO ARENOSA, MOLE

AREIA FINA SILTOSA, MUITO COMPACTA ACOMPACTA, CINZA

AREIA FINA SILTOSA, COM MICA, POUCO



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CASOS DE OBRA



C H A P A D EP R O T E Ç Ã O

C A B O S

S T R A I NG A G E S

C H A P A D EP R O T E Ç Ã OC A B O S

C H A P A D EP R O T E Ç Ã O

C A B O S

S T R A I NG A G E S




43/112

CASOS DE OBRA

Ç


Detalhe da cantoneira



44/112

CASOS DE OBRA

Ç


Detalhe da cantoneira


45/112



46/112

CASOS DE OBRASantos, SP – 2006 – obra CONF

Problemas durante a solda


47/112



48/112


1 2

3 4




49/112


5 6

7




50/112


Cravação

Início

Finaldo1ºelemento

1ªemenda



51/112


Cabosprotegidos

Cantoneira

Execução das soldas

Execuçãodassoldas

Vistadoperfilcravado



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Execução das soldas

Resfriamentoduranteasolda Soldadascantoneiras


53/112



54/112




55/112




56/112


E

C

D A

B

ESTACA

TERRENONÍVEL DO

MACACOHIDRÁULICO

VIGA DEREFERÊNCIAMETRO

CALÇO

VIGA METÁLICA

ESTACAENSAIADA

E S

T A C A

D E

R E

A Ç Ã O

PERFIL DUPLO W 610 X 155

VIGA METÁLICADUPLO W 610X174

1

ENSAIADA

EXTENSÔ-

MACACO

E S

T A C A

D E

R E

A Ç Ã O

CORTE 1-1

Prova de carga executada 14 dias após a cravação



57/112


Vista do sistema de reação



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Prova de carga

• Carregamento rápido com incrementos equivalentes a 10% da carga detrabalho (205tf);

• Leituras de deslocamentos no topo da estaca com 6 deflectômetrosmecânicos (4 para deslocamentos verticais e 2 para deslocamentos

horizontais).



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Deslocamentosverticais

Deslocamentoshorizontais


60/112


61/112



62/112


TOPODAESTACA

20,5m

34,0m

48,0m

49,0m



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Cargaderuptura



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ATRITO LATERAL ACUMULADO (tf)

266

291

363

245

301

390

342

396

508

130

196,7

329,9

0 100 200 300 400 500 600

-20,5

-34,0

-48,0

P R O F U N D I D A D E ( m )

CARGA (tf)

Aoki Decourt P.P. Veloso Prova de carga



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MÉTODO PROPOSTO PARA CÁLCULO DE CAPACIDADE DE CARGAFalconi-Perez (2007)

Método de cálculo de capacidade de carga proposto em 2007 para estacasmetálicas profundas na cidade de Santos – SP.

Baseia-se em:• resultados de provas de carga com características semelhantes;• diagramas de transferência de carga;• conhecimento atual da influência da formação geológica nas propriedades

geotécnicas das argilas da Baixada Santista (Massad, 1990 e 2003) e Teixeira(1988).



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Cargaresistidapeloatritolateral:

U:perímetrocoladodaestacaemmetros;:espessuradacamadaemmetros;fs:adesãoemtf/m².

Solo fs (tf/m²)

Argila marinha

NSPT


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69/112

Desenvolvimento do atrito lateral x Profundidade

0

329,9

196,7

130

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0 0

5 0

1 0 0

1 5 0

2 0 0

2 5 0

3 0 0

3 5 0

4 0 0

4 5 0

5 0 0

Carga - Atrito lateral (kN)

P R O F U N D I D A

D E ( m )

Cargas medidas (tf) Aoki - Veloso Decourt-Quaresma P. PauloVeloso Método proposto

ARGILA MARINHASPT MÉDIO = 3,8

ARGILA MARINHASPT MÉDIO = 2,0

AREIA SPT MÉDIO = 15,1


AREIA SPTM = 5,5


ARGILA MARINHA

SPT MÉDIO = 5,5




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Rua Bahia - Canal 2 - SantosCurva - Carga x Recalque

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

0

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

R e c a l q u e ( m m )


Cargadetrabalho=232tf

Cargaderuptura=390tf

Por Falconi-Perez:PL=365tfPR=400tf

PP=35tf



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ESTACAS METÁLICASMartelos vibratórios

ArmandoN.Caputo



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73/112


• São uma alternativa interessante para a cravação de estacas metálicas, H outubadas. Um vibrador instalado no topo da estaca a ser cravada provoca umaoscilação vertical, fazendo-a penetrar no solo.

• As incertezas e a falta de confiabilidade na capacidade de carga desenvolvidapor essas estacas, pela diminuição da resistência estática causada pela reduçãodas tensões e o aumento de pressão neutra, fazem com que este sistema aindaseja pouco utilizado.

• A capacidade de carga depende sempre de ensaios dinâmicos na recravação e,como já dito, o método de instalação influi diretamente na capacidade de cargadas estacas. Atualmente, essa influência tem sido alvo de estudos. Mais à frente,serão comparadas duas estacas com mesmo comprimento, no mesmo local,

uma cravada por percussão e outra por vibração, em que a capacidade decarga da estaca vibrada foi muito inferior; posteriormente, outro caso seráabordado, em que a estaca vibrada apresentou comportamento similar à estacacravada.



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ESTACAS METÁLICAS

MauriceBottiau




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RESULTADOS DE PROVAS DE CARGA ESTÁTICAS EM ESTACAS METÁLICASCRAVADAS COM MARTELO HIDRÁULICO/DIESEL E INSTALADAS COM MARTELO

VIBRATÓRIO EM SANTOS E NA BARRA DA TIJUCA


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77/112

Estaca Comprimento cravado (m) Carga de trabalho (tf) Modo de cravação Nega (mm)

P25 + P32 C 54,00 200 vibratório -P25 + P32 F 56,30 200 hidráulico 3,00

MARTELO HIDRÁULICO X VIBRATÓRIO – SANTOS



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79/112



80/112



81/112

Vídeo:Cravaçãocommartelovibratório.Fonte:AcervoZF.



82/112


ARTELO HIDRÁULICO X VIBRATÓRIO ANTOS


83/112

M – S


84/112


ARTELO DIESEL X VIBRATÓRIO


85/112

M – RJ

Jan Selders/Fred Falconi


ARTELO DIESEL X VIBRATÓRIO


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Estaca

Comprimento

vibrado(m)

Comprimento

batido(m)

Comprimentototal (m)

Nega (mm) Carga detrabalho (tf)

P70 39,00 - 39,00 - 250

P72 35,00 3,50 38,50 10,00 250

M – RJ


MARTELO DIESEL X VIBRATÓRIO – RJ


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Estaca Data do ensaio

Carga de

trabalho(tf)

Carga máxima

obtida no ensaio(tf)

Deslocamentomáximo (mm)

Deslocamentoresidual (mm)

P70 06-07/02/2012 250 500 -41,28 -3,61

P72 08/01/2012 250 400 -34,29 -15,87


MARTELO DIESEL X VIBRATÓRIO – RJ


88/112

Prova de carga estática na estaca P70(instaladaapenascommartelovibratório)

Prova de carga estática na estaca P72(instaladacommartelovibratórioecommarteloadiesel)



89/112

CRITÉRIO DE PARALISAÇÃO DE ESTACASMETÁLICAS COM INSTALAÇÃO DE MARTELOS

VIBRATÓRIOS – CONTROLE EM CAMPOCelsoNogueiraCorreaFredericoFernandoFalconiVirgíniaLucchesiMasetRicardoGamaSilva

JanSelders


90/112

Ob 6 Sã Vi t M l D d


CRITÉRIO DE PARALISAÇÃO


91/112

Obra 6: São Vicente – Mal. DeodoroProva de carga: estaca com 42,0m

Tempodevibração=16s

Nãoatingiuacargaprevista

Ob 6 Sã Vi t M l D d




92/112

Obra 6: São Vicente – Mal. DeodoroProva de carga: estaca com 50,0m

Tempodevibração=466s

Atingiuacargaprevista




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ObraEstaca

ensaiada

Comprimento

previsto

(m)

Comprimento

cravado

(m)

Tempo de

vibração no

último metro

(s)

Atingiu a carga

de projeto

Resultado

da prova de

carga (tf)

1Santos – Almirante

Cochrane P11-C 48,00 48,00 14 Não 215

2Santos – Newton

Prado P11-E 44,00 43,50 404 Sim 410

3

Santos –

Presidente Wilson P15-E 46,00 38,60 600+ Não 270

4Santos –

Washington Luiz P1-C 48,00 49,50 600+ Sim 365

5Santos – Armando

Sales de Oliveira P56-E 54,00 52,00 600+ Sim 320

6São Vicente – Mal.

Deodoro C27-E

42,00 42,00 16 Não 230

50,00 50,00 466 Sim 350




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Obra

Comprimento

previsto

(m)

Comprimento

cravado

(m)

Tempo de

vibração no

último metro

(s)

Atingiu a carga

de projeto

Resultado

da prova de

carga (tf)

7 Guarujá 60,00 41,30 303 Não 275

8Santos – Vila

Mathias 46,00 45,50 300 Sim 424

9Santos – Ponta da

Praia 52,00 50,20 187 Sim 358

10 Santos - Boqueirão 57,50 57,50 433 Sim 406

11 Santos - Pompeia 46,00 40,50 700 Sim 422

12 Guarujá 25,00 25,30 138 Sim 418




95/112




96/112

• nasestacasqueatingiramaprofundidadeprevista,mascomtemposdevibraçãoinferioresa100snoúltimometro,oresultadodaprovadecarganãofoisatisfatório;

• nasestacascomtemposdevibraçãomuitoaltos(superioresa100s)noúltimometro,masquenãoatingiramaprofundidadeesperada,oresultadodaprova

decarganãofoisatisfatório;• nasestacasemqueosdoiscritériosforamrespeitados– tempo de vibração superior a 100s noúltimo metro e profundidade prevista atingida – osresultadosdasprovasdecargaforamsatisfatórios.



97/112

DIMENSIONAMENTO DE MARTELOS VIBRATÓRIOS PARA INSTALAÇÃO DE ESTACAS METÁLICAS

FredericoFernandoFalconiJanSelders




98/112

Martelos vibratórios

AtabeladeHoleymanapresentaostiposdevibradoresnecessáriosparainstalaçãodeestacasemsolocoesivosenãocoesivos.


DIMENSIONAMENTO DE MARTELOS VIBRATÓRIOSParâmetros técnicos


99/112

Momento excêntrico:• definido pelas massas excêntricas que giram em eixos dentro do vibrador,

fazendo com que o martelo emita vibrações.• independe do solo, da estaca e da aplicação.

Parâmetros técnicos


100/112


DIMENSIONAMENTO DE MARTELOS VIBRATÓRIOSParâmetros técnicos


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Força centrífuga:• diretamente influenciada pelo momento excêntrico e pelas rotações do martelo

vibratório;• pode ser utilizada como critério de escolha do martelo.


DIMENSIONAMENTO DE MARTELOS VIBRATÓRIOSMartelo de alta frequência ou high frequency (HF)


102/112

• frequência é consequência direta das rotações por minuto do martelo vibratório;• medida em Hertz [Hz];• rotações nominais (reais) serão menores que as rotações máximas do vibrador –

é preferível trabalhar com f > 35Hz para evitar frequências de ressonância delajes em prédios;

• quando se liga e desliga o martelo vibratório, ele passa por rotações baixas, eexiste o risco de ressonância do solo.

q g q y ( )


DIMENSIONAMENTO DE MARTELOS VIBRATÓRIOSMartelo de alta frequência ou high frequency (HF)


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q


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DIMENSIONAMENTO DE MARTELOS VIBRATÓRIOSMartelo de momento excêntrico variável ou resonance-free (RF)


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DIMENSIONAMENTO DE MARTELOS VIBRATÓRIOSEscolha do martelo


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A equação que determina a amplitude S do martelo vibratório é ampliada paraincluir o peso de estaca e do solo, chamada amplitude real.

Na Europa, por experiência, o mSolo é adotado como mSolo ≥ 0,7 (mMart,dyn + mEstaca).

Como ainda não se tem esta experiência no Brasil, sugere-se adotar o seguintecritério, já praticado com sucesso na Baixada Santista:




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Assim, pode-se escolher o martelo pelo momento excêntrico:




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Para solos ideais (uniformes, bem estruturados e saturados):

Considerando que:• deve haver 15kN de força centrífuga para cada metro de profundidade;• deve haver 30kN de força centrífuga para cada 100kg de peso da estaca.

Apesar de a força centrífuga ser significativa a análise do momento excêntrico eda amplitude são parâmetros mais importantes na escolha do martelovibratório.(J.SELDERS/F.FALCONI)

t: profundidade prevista, em metros;mEstaca: peso total da estaca.


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DIMENSIONAMENTO DE MARTELOS VIBRATÓRIOSAnálise de 5 casos reais


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DIMENSIONAMENTO DE MARTELOS VIBRATÓRIOSAnálise de 5 casos reais


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• A amplitude real varia de 4,69 a 6,22mm, que é muito próximo do valor mínimoteórico de 5mm (variação < 10%). Isso permite aceitar a fórmula da amplitudeapresentada;

• O momento excêntrico M calculado é de 17 a 19,3kgm para as quatro obras deSantos, nas quais foi utilizado martelo com M = 17,4kgm, e de 19,3kgm para aobra do Rio de Janeiro, na qual foi utilizado martelo com M = 24kgm. Issopermite aceitar a fórmula para o dimensionamento do martelo vibratório, poistodas as obras foram executadas com êxito.

• A força centrífuga calculada oscila em torno de 2.000kN, sendo que nas obrasforam utilizados com êxito martelos com F = 1.100kN e F = 1.200kN, sugerindouma superestimação da necessidade real.


DIMENSIONAMENTO DE MARTELOS VIBRATÓRIOSConclusões


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• A utilização da fórmula da amplitude e do momento excêntrico dos martelosvibratórios, com a sugerida adaptação para o Brasil, conduz a bons resultadosdo ponto de vista de dimensionamento do equipamento;

• a utilização da fórmula da força centrífuga não apresentou resultadossatisfatórios para os casos analisados;

• a tecnologia deve ser adaptada às condições do subsolo brasileiro – até quesejam feitos mais estudos, deve ser dada ênfase aos parâmetros de momentoexcêntrico e amplitude na escolha do martelo vibratório.

1-Fred Falconi-Cravação de Estacas Metálicas Com Martelos Hidráulicos e Vibratórios

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