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DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Reforço de Fundações

1/73

Reforço de Fundações


2/73

Tipos e Patologias

Técnicas de Reforço

Casos Práticos

Métodos Construtivos

Disposições Construtivas


3/73

Tipos e Patologias


4/73

Tipos de Fundações tradicionais em terrenos brandos

Solução de fundações por arcos apoiados em pegões

Solução de fundações por lintéis sobre estacas de madeira


5/73Tipos de Fundações

Variabilidade da Geologia


6/73

Patologias

Piso térreo

Degradação da estaca de madeira pelo efeito de rebaixamento do NF

Estacas de madeira: efeito da variação do nível freático

NF actual

Estacas madeira

Grelha de distribuição

térreo

Exemplo : Baixa Pombalina - estacas adoptadas como elemento de tratamento do terreno

NF inicial


7/73

Patologias

Fissuras Fissuras verticais

junto a edifício Fissuras diagonais devidas a

assentamento diferencial

junto a edifício vizinhos


8/73

Patologias Tipo

Roturas em condutas Escavações Deficiente concepção

Fundação em aterros Vibrações Heterogeneidade geológica


9/73

Patologias

CargaE.L. Último

Margem S

Deformação

E.L. Utilização (comb. rara acções)

Segurança em relação

à rotura

Deformação admissível


10/73


Tipos e Patologias


11/73


Incremento da capacidade resistente por tratamento

do terreno

Incremento da capacidade resistente

por microestacas

Incremento da capacidade resistente por alargamento

das sapatas


12/73


Tipos e Patologias

Métodos Construtivos


13/73

Faseamento executivo, injecção IRS com tubo TM

1ª fase

Métodos Construtivos (i): Microestacas

Perfuração destrutiva com vara de pequeno diâmetro até à base da microestaca


14/73


1ª fase 2ª fase



Colocação do tubo da micro-estaca no interior do furo e preenchimento do espaço anelar entre o tubo e o solo com calda de cimento


15/73


1ª fase 2ª fase 3ª fase




Injecção com obturador duplo, através de válvulas manchete (IRS), localizadas na zona do tubo correspondente ao comprimento de selagem (Ls)

L S


16/73


1ª fase 2ª fase 3ª fase 4ª fase




Injecção com obturador duplo, através de válvulas manchete (IRS), localizadas na zona do tubo correspondente ao comprimento de selagem (Ls)

Preenchimento do espaço interior do tubo, correspondente ao comprimento livre, com calda de cimento

L S


17/73

Faseamento executivo, injecção IGU com tubo MV

1ª fase

Métodos Construtivos (ii): Microestacas



18/73


1ª fase 2ª fase



Colocação do perfil da micro-estaca no interior do furo e preenchimento do espaço anelar entre o tubo e o solo com calda de cimento


19/73






Injecção com obturador simples, através de tubo multiválvulas aco-plado ao perfil (IGU), com as válvulas na zona correspondente ao comp. selagem (Ls)

L S


20/73






Injecção com obturador simples, através de tubo multiválvulas aco-plado ao perfil (IGU), com as válvulas na zona correspondente ao comp. selagem (Ls)

Preenchimento do espaço interior do tubo, correspondente ao comprimento livre, com calda de cimento

L S


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a) Perfuração de pequeno diâmetro

b) Instalação do tubo TM no interior do furo

c) Injecção de preenchimento do espaço anelar entre paredes do furo e do TM

d) Injeccção IRS

Injecção de calda de cimento através das válvulas manchete e de obturador duplo

Calda injectada

Faseamento executivo, injecção IGU com tubo MVMétodos Construtivos (ii): Microestacas

Manchete

Solo

jsob pressão

Calda


22/73

Microestacas como ele. de fundação / reforço de fundação de estruturas de grande porte


23/73

Microestacas em soluções de recalçamento

100Pormenor A

Barras Gewi

Pilar a recalçar

Car

ga

Pormenor B

Maciço e perfil de

travamento

Microestacas dimensionadas

para a encurvadura

1ª T

rans

ferê

ncia

C

94,5


24/73

Microestacas em soluções de recalçamento

Car

ga

Macaco plano

100Pormenor A

Pilar a recalçar

2ª T

rans

ferê

ncia

C

Nova viga

94,5

Nova laje

Paredes

Microestacas cortadas depois

de aliviadas

Pormenor B

Macaco plano

Nova laje


25/73

Microestacas em soluções de recalçamento: macacos planosPilar / Parede a

recalçarDescarregado

Carregado

hc - hd = 25mm: abertura máx.Circuito hidráulico

hc

hd

Chapa de aço

Nicho de acesso

Nova laje

Nova estrutura

Microestacas

Macaco Plano (Nmáx teórico=600 kN, Nmáx aplicado=200 kN)

Manómetro

Bomba

G1Válvula de

entrada

Válvula de saída

Nova laje


26/7326/150Maciços de

encabeçamento em soluções de

recalçamento – barras GEWI

Barras GEWI

Min 1,20

Ls (m

in 4

.0m

)


27/73

Maciços de encabeçamento em soluções de recalçamento – barras GEWI


28/73

Maciços de Encabeçamento em soluções de recalçamento –barras GEWI: momento aperto


29/73

Microestacas em soluções de recalçamento: importância da utilização de uniões exteriores

Seccionamento do tubo metálico pela

união interior


30/73

Dimensionamento de microestacas à encurvadura

4Situações de desconfinamento por escavação: recalçamento

Condições de aplicação:

ç ç

4Localização na água ou em terrenos brandos ou com potencial de liquefacção

Principais regras:4 Limitar comprimento de

encurvadura: λ < 120

4 Limitar a tensão no aço: fserviço < 0,25 a 0,50 fyd


31/73

Conceito de comprimento de encurvadura: Le = le


32/73

P

L

P P

Pcr(2) = 4PE

Pcr(3) = 9PE

PConceito de carga crítica - Pcr

Trajectórias de pós-encurvadura

Modos de encurvadura de

δδ

Diagrama de bifurcação de equilíbrio

n = 1Pcr

(1)=π2EI/Le2

n = 2Pcr

(2)=4π2EI/Le2

n = 3Pcr

(3)=9π2EI/Le2

Pcr(1) = PE

δPE - Carga de Euler, menor carga crítica

encurvadura de uma coluna

simplesmente apoiada

Conceito de comp. de encurvadura - Le distância entre pontos de inflexãoColuna bi- apoiada: Le = L

Coluna encastrada-apoiada: Le = 0,7 LColuna bi-encastrada: Le = 0,5 LColuna em consola: Le = 2 L

Casos reais: relação entre a rigidez da coluna (kc) e dos elementos adjacentes (k1 e k2) ver ábacos

δ


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Comportamento de colunas em regime elasto-plástico

Geometria e imperfeição inicial (ε>0)

Trajectórias de equilíbrio


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Trajectórias de equilíbrio da coluna com uma configuração deformada inicial

Carga - deslocamento adicional Carga – deslocamento total


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A curva de dimensionamento de uma coluna ideal é definida pelo menor dos valores:

PE = A σE - Carga de Euler, menor carga crítica;P = A fy - Carga da plastificação da secção

Curva de dimensionamento de uma coluna ideal: σE = fy

NR = A σR, com σR = min (σE, fy)

Esforço axial resistente

C d di i t d l id l l ã t f σ σ (f σ )

(coluna ideal: para P < Pcr δ = 0)

σE = PE /A = π2EI/ALe2

Dimensionamento óptimo valor óptimo da esbelteza: λ1, para: σΕ = fy = σR = π2E/ λ12

Curva de dimensionamento da coluna ideal relação entre fy e σE σR (fy, σE)

com: i = I /A e λ = Le/i σE = π2E/ λ2

λ1 = π E/ fy

Esbelteza normalizadaλ = λ / λ1 = fy / σE

λ1λ= Le / i

λ = 1λ= λ / λ1

Plastificação da secção Encurvadura por varejamento

fy

σR fy = σE

σE

Curva de dimensionamento de uma coluna ideal

Resistência Encurvadura


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Curva de dimensionamento de colunas

Resultados obtidos em ensaios experimentais de colunas reais


37/73

A curva de dimensionamento de uma coluna real é condicionada pelo efeito das imperfeições geométricas:

σmax = N/A + Mc/I < fy fy = N/A {1 + (δc/i2) [σE/(σE-(N/A))]}

Efeito das imperfeições geométricasMomento 2ª ordem

(coluna real, com imperfeições geométricas: para P < Pcr δ > 0 Mc= N δ)

Eq. Perry:

Pcr

P

δ

Curva ideal

Curva real

N/A= 0,5{[fy + σE(1+θ)] - [fy + σE(1 + θ)]2 - 4fy σE} ,Eq. Perry -Robertsoncom θ = δc /i2 = 0,003λ

1

fy

σR

σE

Coluna ideal: θ = 0

Coluna real: θ = 0

Curva de dimensionamento:

efeito das imperfeições geométricas

O efeito das imperfeições

geométricas é maior na zona de

dimensionamento óptimo ( λ = 1)λ

EC3 - Coluna real curvas a, b, c e d (imperfeições geo. + tensões residuais)


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Dimensionamento de colunas (perfis de aço laminados a quente):Resistência das secções transversais (σ e τ)

[estabilidade local (classificação da secções)];Encurvadura por compressão (varejamento);Deformabilidade (coef. esbelteza máximo - δ);

E.l.últimos

E.l.utilização

Necessário verificar segurança à encurvadura:Varejamento (REAE Artº 42 e 48);

“Resistência à Encurvadura de Barras à Compressão” (EC3).Fenómeno dependente da geometria da barra - conceitos:Carga crítica: Pcr

(n) = n2π2EI/Le2, n - modo de encurvadura da barra

Comprimento de encurvadura: Le = α L, α - cond. fronteira da barra Coeficiente de esbelteza: λ = Le / i, i - raio de giração da barra

Elementos lineares submetidos a esforços axiais de compressão:


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REAE (Resistência à compressão sem plastificação - Artº 41):σSd < σRd = fyd, tensões normais

τSd < τRd = (1/ 3)fyd, tensões tangenciais

EC3 (Resistência à compressão – Artº 5.3):Estabilidade local - classificação secções

• geometria• distr. tensões• fabricoç ç

Classe 1: permite dim. plásticoClasse 2: permite dim. plástico, c/ capac. rotação limitadaClasse 3: permite dim. plástico, c/ capac. rotação limitadaClasse 4: não permite dim. Plástico

Compressão simples (Resistência sem e com plastificação –Artº 5.4):

NSd <Nc.Rd = A fy / γ M0 (classes 1, 2 e 3)Aeff fy / γ M1 (classe 4)

Esbe

lteza -

+


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REAE (Encurvadura por varejamento - Artº 42 e 48):σSd < σRd = fyd, tensões normais [σSd = NSd / (ϕ A)]

ϕ [depende da geometria da barra:ϕ = Coef. encurvaduraλ = Coef. esbelteza = Le / i ]

Tipo de aço Coeficiente de esbelteza - λ Coeficiente de encurvadura - ϕ

λ <= 20 ϕ = 1 0Fe 360

Fe 430

Fe 510

λ < 2020 < λ <= 105

λ > 105λ <= 20

λ <= 20

20 < λ <= 96

20 < λ <= 85

λ > 96

λ > 85

ϕ 1,0ϕ = 1,1328 – 0,00664 λ

ϕ = 4802 / λ2

ϕ = 1,0ϕ = 1,1460 – 0,00730 λ

ϕ = 4103 / λ2

ϕ = 1,0ϕ = 1,1723 – 0,00862 λ

ϕ = 3179 / λ2


41/73

EC3 (“Resistência à Encurvadura de Barras” – Artº 5.5):NSd <Nb.Rd = χ βA A fy / γ M1

Impe

rfei

ções

geo

mét

rica

s

Tens

ões r

esid

uias

βA = 1, para secções de classe 1, 2 e 3βA = Aeff / A , para secções de classe 4

χ = 1/(φ + [φ2 - λ2]); c/ χ <1 (factor de redução - tabela):

λ = [βA A fy /Ncr] = (λ /λ1) [βA] ; α = factor imperfeição

λ1 = π [E / fy] = 93.9 ε ; ε = 235/fy, φ = 0,5[1+ α( λ-0,2) + λ2]

Tipo de secção:curvas a, b, c e d

I


42/73

Resistência à Encurvadura de Barras: EC3, Artº 5.5.1le (comprimento de encurvadura)

λ max = le / i (coef. de esbelteza)

λ = [λ / 93.9ε] βA (coef. de esbelteza normalizado) ε = 235/fy

λ < 0.2?

Barras de pequena esbelteza, onde Ncr >> Npl

Artº 5.4.4 – Nc.Rd, Compressão simples

χa), χb), χc), χd) (factor de redução devido à encurvadura)

SIM NÃO

Nb.Rd = [χ βA A fy ] /γM1

Tabela 5.5.2


43/73

Curvas de dimensionamento de colunas: EC3

Os valores χLT das curvas podem ser consultados na

Tabela 5.5.2 do EC3


44/73

Fundações por microestacas – controlo da verticalidade e dos parâmetros de execução


45/73

1ª fase

Métodos Construtivos(iii): C. Jet GroutingFaseamento executivo, colunas tipo 1

Perfuração destrutiva com vara de pequeno diâmetro


46/73

1ª fase 2ª fase



Final da perfuração quando esta atingir a cota da base da coluna


47/73





Subida da vara com jacteamento de calda a alta pressão, acompanhada de movimento de rotação à velocidade pré-definida


48/73





Subida da vara com jacteamento de calda a alta pressão, acompanhada de movimento de rotação à velocidade pré-definida

Final do jacteamento quando o bico injector atingir a cota correspondente ao coroamento da coluna


49/73


Tipos e Patologias

Mét d C t tiMétodos Construtivos

Disposições Construtivas


50/73

Disposições Construtivas (i): Microestacas - Solução Centrada

Min 1,20

Ls (m

in 4

.0m

)


51/73

Min0,25

Disposições Construtivas (ii): Microestacas - Solução Excêntrica

Ls (m

in 4

.0m

)

Min 1,20

τso

lo -

cald

a


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Barras GEWI

Disposições Construtivas (iii): Microestacas – Barras pré-esforçadas

Min 1,20

Ls (m

in 4

.0m

)


53/73Disposições Construtivas (iv): Microestacas –Uniões exteriores


54/73Disposições Construtivas (v): Microestacas auto perfurantes


55/73

stru

tivas

(v):

erfu

rant

es –

espe

ssur

a D

ispo

siçõ

es C

ons

Mic

roes

taca

s au

to p

ede

sac

rifíc

io


56/73

Disposições Construtivas (v): Microestacas auto perfurantes


57/73

Disposições Construtivas (vi): Microestacas – Controlo verticalidade


58/73

Chapa de topo

Aumenta a aderência entre o tubo e o betão do maciço de encabeçamento

Assegura a

Disposições Construtivas (vii): Microestacas – Aspectos construtivos

Centra-lizador

Ponteira

Assegura a uniformização do recobrimento das paredes do tubo

Facilita a introdução do tubo no furo, nos casos em que este se encontre previamente preenchido com calda de cimento


59/73Jet Grouting – Soluções Recalçamento

Recalçamento e reforço de fundações

Recalçamento e de fundações e contenção

de terrenos



Versatilidade de equipamentos para trabalhos “indoor” (pé direito 2,20m)








63/73Jet Grouting – Soluções Recalçamento DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.














70/73Injecções Polímeros – Soluções Reforço

Reforço por preenchimento dos vazios de solos submetidos a cargas moderadas através de injecção de resinas hidroexpansivas, à base de

poliuretano


71/73 DFA Estruturas – Estruturas de Edifícios de B.A.Reforço de Fundações


Preenchimento de cavidades

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