Fundações Profundas - helix.eng.br5).pdf · Fundações Profundas: “Tubulões” 1- Tipos de...

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


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.


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.


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);


- 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.


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


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:


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


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


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


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


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.


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.


Observar a ilustração com muita atenção!

l

e

P1

DIV

ISA

R1

f

a

X

lP2

R2

R1

e

P1

R2

P2

Esquema Estático :


Exemplo nº 03: Dados Pilar de divisa: fck do concreto = 100 kgf / cm2 = 10 MPa = 1000 tf / m2

σs = 6,0 kgf/cm2


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!


):(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 +=


VB = 6,55m3

Como calcular o volume para a base falsa elipse (VB):

rodapédoalturahondehohH =+= 0; Base do tipo "falsa elipse"


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


4,000,

6

0,3Divisa

0,3 0,3

2,5 cm (folga)

P1 = 400 tf P2 = 300 tf


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.


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


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


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


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


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


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


Anexo-02:

Locação dos pilares – Projeto Tubulões 01 Locação dos pilares – Projeto Tubulões 02 Locação dos pilares – Projeto Tubulões 03

Volumes de escavação


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

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