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NOTAS DE AULAS DE ENGENHARIA DE FUNDAES
2 SEMESTRE DE 2014
(ESTACAS E BLOCOS DE COROAMENTO DE ESTACAS E TUBULES)
PROFESSORES:
RIDECI FARIAS
HAROLDO PARANHOS
BRASLIA / DF
JULHO / 2014
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SUMRIO
8.0. FUNDAES PROFUNDAS CARGA ADMISSVEL ................................ 101
9.0. DIMENSIONAMENTO DE ESTACAS .......................................................... 103
9.1. CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS ...................................................... 103
9.2. DIMENSIONAMENTO DA SEO DA ESTACA ............................................. 107
10.0. DIMENSIONAMENTO DE BLOCOS DE COROAMENTO EM ESTACAS E TUBULES ............................................................................................................ 113
10.1. BLOCO PARA UMA ESTACA ......................................................................... 113
10.2. BLOCO PARA DUAS ESTACAS ...................................................................... 118
10.3. BLOCO PARA TRS ESTACAS ....................................................................... 124
10.4. BLOCO PARA QUATRO ESTACAS ................................................................ 127
10.5. ARMAO DE BLOCOS COM MAIS DE 4 ESTACAS ................................. 131
LISTA DE FOTOS
Foto 10.1 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (Construtora Quartzo). ......... 115
Foto 10.2 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (fundflexnine). ..................... 115
Foto 10.3 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (Construtora Quartzo). ......... 120
Foto 10.4 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (fundflexnine). ..................... 120
Foto 10.5 Execuo para bloco de coroamento de 3 estacas (Rossi Bizerris). ................... 125
Foto 10.6 Execuo para bloco de coroamento de 3 estacas (Rossi Bizerris). ................... 125
Foto 10.7 Execuo para bloco de coroamento de 3 estacas (Rossi Bizerris). ................... 125
Foto 10.8 Bloco de coroamento de 3 estacas. ..................................................................... 125
Foto 10.9 Execuo para bloco de coroamento de 4 estacas. ............................................. 127
Foto 10.10 Execuo para bloco de coroamento de 4 estacas. ........................................... 127
Foto 10.11 Execuo para bloco de coroamento de 4 estacas. ........................................... 128
LISTA DE TABELAS
Tabela 8.1 Estacas pr-moldadas de concreto (Velloso Lopes, 1996). 101
Tabela 8.2 Estacas de madeira (Velloso Lopes, 1996). 101
Tabela 8.3 Estacas de ao (Velloso Lopes, 1996). 102
Tabela 8.4 Estacas escavadas. 102
Tabela 8.5 Outros tipos de estacas. 103
Tabela 9.1 Valores de C em funo do tipo de solo (Dcourt e Quaresma, 1978). 105
Tabela 9.2 Valores de C em funo do tipo de solo para estacas escavadas com lama bentontica (Dcourt, 1986). 106
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Tabela 9.3 Valores de coeficientes . 107
Tabela 9.4 Valores de coeficientes . 107
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Esta apostila foi elaborada para os alunos de graduao em Engenharia Civil na disciplina
Engenharia de Fundaes com o objetivo de familiarizar os futuros Engenheiros com as
fundaes mais comumente utilizadas no Brasil. Entretanto, este material pode ser utilizado
por qualquer outra Faculdade, desde que seja para fins educacionais, sem consulta prvia aos
autores.
O material que serviu de base para a elaborao desta apostila foi:
a) Experincias dos professores Rideci Farias e Haroldo Paranhos na rea Geotcnica;
b) Normas ABNT/ NBR; Normas ASTM; Normas DNIT; etc.;
c) Livro (Guia Prtico de Projeto, Execuo e Dimensionamento, Yopanan C. P. Rebello),
apostilas, notas de aulas, entre outros materiais diversos, tais como dos professores: Mrcio
M. Fabrcio; Joo A. Rossignolo.
d) Sites diversos consultados na Internet, tais como:
http://www.radierprotendido.com.br/;
http://www.estacasipr.com.br/produtos.php;
http://www.benaton.com.br/html/estacas-benaton.htm;
http://www.perfurac.com.br/reforcos-fundacoes-mega.htm;
http://www.solotrat.com.br/;
http://www.fundesp.com.br;
http://www.brasfond.com.br;
http://www.fxsondagens.com.br;
http://www.tecgeo.com.br/;
http://www.engeconfundacoes.com.br;
http://www.franki.com.br;
http://www.geofix.com.br;
http://www.solossantini.com.br;
http://www.geone2010.com.br/download/Palestra_GeoNE_2010.pdf;
http://www.acharimoveis.com/blog_imobiliario/?m=201103;
http://www.dicionariogeotecnico.com.br;
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8.0. FUNDAES PROFUNDAS CARGA ADMISSVEL
A determinao da carga admissvel de estacas compreende dois aspectos:
a) Estrutural: segurana runa do elemento estrutural;
b) Geotcnico:
b.1) segurana ruptura ao cisalhamento do solo (capacidade de carga);
b.2) recalques aceitveis.
a) Estrutural: A seguir so apresentados os tipos mais comuns de estacas e suas respectivas
cargas nominais usuais (cargas admissveis considerando apenas o aspecto estrutural), em
funo da seo transversal do fuste e da tenso mdia do fuste ().
Tabela 8.1 Estacas pr-moldadas de concreto (Velloso Lopes, 1996).
Tabela 8.2 Estacas de madeira (Velloso Lopes, 1996).
Observao: Os valores da tabela so apenas uma ordem de grandeza, pois a carga nominal
depende do tipo de madeira.
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Tabela 8.3 Estacas de ao (Velloso Lopes, 1996).
Tabela 8.4 Estacas escavadas.
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Tabela 8.5 Outros tipos de estacas.
b) Geotcnico:
b.1) Capacidade de carga f (perfil do solo): frmulas tericas; mtodos semi-empricos; prova
de carga esttica; prova de carga com carregamento dinmico.
b.2) Recalques admissveis.
9.0. DIMENSIONAMENTO DE ESTACAS
9.1. CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS
As cargas admissveis das estacas apresentadas so em funo do dimetro e so cargas
mximas possveis em funo da resistncia do corpo da estaca. Porm, essas cargas nem
sempre refletem os valores realmente possveis de serem transmitidos ao solo. Como se sabe,
a transferncia de carga ao solo se d pelo atrito lateral e o solo, e a reao devida ponta da
estaca, depende, portanto, alm do dimetro, do comprimento da estaca e do tipo de solo
atravessado por ela.
As frmulas tericas para determinao da capacidade das estacas so de difcil utilizao, j
que exigem o conhecimento de parmetros muitas vezes complicados de serem obtidos com
preciso. Por isso, apresenta-se um processo mais simples, proposto pelos pesquisadores
Dcourt e Quaresma e que bastante utilizado. Alm desse, h diversos mtodos utilizados no
Brasil como a seguir:
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a) Mtodo de Meyerhof;
b) Mtodo de Pedro Paulo Costa Velloso;
c) Mtodo de Aoki-Velloso;
d) Mtodo de Alberto Henriques Teixeira;
e) Mtodo de Urbano Rodrigues Alonso.
Observao 9.1: Em dimensionamento de fundaes, recomenda-se que se proceda a diversos
mtodos, pelo menos cinco, a fim de verificar as variaes na capacidade de carga das estacas
com vistas tomada de deciso ao mtodo a ser adotado.
Observao 9.2: Recomenda-se que se d ateno especial ao mtodo desenvolvido para os
solos da regio em que a obra ser implantada.
O Mtodo de Dcourt-Quaresma se baseia no conhecimento do SPT do solo apresentado na
sondagem percusso.
A capacidade da estaca dada pela seguinte relao:
ppsc A . q . . A . q . Q Onde:
cQ = capacidade de carga da estaca;
sq = resistncia ao atrito;
A = rea lateral da estaca;
= comprimento da estaca;
pq = resistncia de ponta;
pA = rea da ponta da estaca;
e so coeficientes que dependem do tipo de estaca e do solo (Tabelas 9.3 e 9.4).
A rea da ponta da estaca (Ap) considerada em funo da rea de projeo da ponta da
estaca e no efetivamente da rea da seo transversal da ponta da estaca, ou seja:
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A parcela qs, devida ao atrito lateral calculada da seguinte forma:
)(tf/m 13
Nq
2m
s
Em que Nm a mdia dos pontos SPT ao longo do comprimento considerado para a estaca,
por exemplo para uma estaca de 5,0 metros, tem-se:
NN m
5
)1581262(N m
6,8Nm
Portanto,
2
s tf/m3,8713
8,6q
1 2
2 6
3 12
4 8
5 15
6 18
7 25
8 28
9 35
10 32
= 5,0 m
Valores do SPTProfundidade (m)
A resistncia de ponta dada pela seguinte relao:
)(tf/m N . Cq2
p
Em que C um coeficiente que depende das caractersticas do solo e N o SPT na ponta da estaca. Costuma-se utilizar para N a mdia de trs valores, o da ponta, o imediatamente anterior e o imediatamente posterior.
Tabela 9.1 Valores de C em funo do tipo de solo (Dcourt e Quaresma, 1978).
Tipo de Solo C (tf/m2)
Argila 12
Siltes argilosos 20
Silte arenoso 25
Areia 40
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Tabela 9.2 Valores de C em funo do tipo de solo para estacas escavadas com lama bentontica (Dcourt, 1986).
Tipo de Solo C (tf/m2)
Argilas 10
Siltes argilosos (alterao de rocha) 12
Siltes arenosos (alterao de rocha) 14
Areias 20
Pode ocorrer que abaixo da ponta da estaca exista um solo cuja resistncia, indicada pelo
SPT, seja inferior do solo em que esteja assentada a ponta. Neste caso, deve-se considerar a
influncia das camadas menos resistentes a uma profundidade da ordem de 10 vezes o
dimetro da estaca. O valor de N ser a mdia dos valores obtidos nessa profundidade.
1 2
2 2
3 5
4 6
5 10
Estaca dimetro de 30 cm 6 12
( = 30 cm)
7 15
8 18
(Silte arenoso)
9 10
= 10 x
10 8
= 10 x 30 cm = 3,0 m
11 20
12 28
Profundidade (m) Valores do SPT
144
20)810(18N
C = 25 (silte arenoso)
)(tf/m N . Cq2
p )(tf/m 350 14 . 52q2
p
Os coeficientes de e , que dependem do tipo de estaca e do solo, so apresentados nas Tabelas 9.3 e 9.4.
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Tabela 9.3 Valores de coeficientes .
Tipo de Solo
Tipo de Estaca
Escavada
em Geral
Escavada
com Lama
Bentontica
Hlice
Contnua Raiz
Micro
Estacas
Pr-
Moldadas
Argilas 0,85 0,85 0,30 0,85 1,00 1,00
Solos
intermedirios 0,60 0,60 0,30 0,60 1,00 1,00
Areia 0,50 0,50 0,30 0,50 1,00 1,00
Tabela 9.4 Valores de coeficientes .
Tipo de Solo
Tipo de Estaca
Escavada
em Geral
Escavada
com Lama
Bentontica
Hlice
Contnua Raiz
Micro
Estacas
Pr-
Moldadas
Argilas 0,80 0,90 1,00 1,50 3,00 1,00
Solos
intermedirios 0,65 0,75 1,00 1,50 3,00 1,00
Areia 0,50 0,60 1,00 1,50 3,00 1,00
Observao 9.3: Em relao a coeficientes de segurana para a carga admissvel das estacas,
sugere-se:
a) Para resistncia lateral: Fs = 1,3;
b) Para resistncia de ponta: Fp = 4,0.
Dessa forma, a carga admissvel das estacas ser dada por:
0,4
A . q .
3,1
. A . q . Q
ppsadm
9.2. DIMENSIONAMENTO DA SEO DA ESTACA
As estacas em geral so dimensionadas como pilares sujeitos compresso simples,
desconsiderando os efeitos de flambagem.
Pode-se prescindir desse dimensionamento, usando as capacidades mximas admitidas para
cada tipo de estaca em funo das dimenses de sua seo transversal.
Caso se queira calcular a armao usa-se a seguinte relao:
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Exerccio 9.1 Determinar a capacidade de carga e a carga admissvel da estaca, nas condies apresentadas na figura, considerando as seguintes possibilidades: estaca broca sem
revestimento, estaca Strauss e hlice contnua.
1 2
2 3 Argila siltosa
3 8
4 15
5 10 Argila silto-arenosa
Estaca dimetro de 30 cm 6 18
( = 30 cm)
7 25
8 22
Silte arenoso
9 28
10 35
11 38
12 40
Profundidade (m) Valores do SPT
Soluo:
1.0) Adotando-se o Mtodo de Dcourt-Quaresma, tem-se:
ppsc A . q . . A . q . Q 2.0) Resistncia ao atrito
)(tf/m 13
Nq
2m
s
6
)181015832( mN 3,9mN adota-se 9mN
2
s tf/m4 13
9q
3.0) Resistncia de ponta
)(tf/m N . Cq2
p
N = 18 (SPT da ponta da estaca)
C = 12 tf/m2 (Tabela 9.1)
)(tf/m 18 . 21q2
p 2
p tf/m162q
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4.0) rea lateral da estaca
2m 0,94 m.0,30m.1,0 m0,1.. DA
5.0) rea da ponta da estaca
222
07,04
)30,0.(
4
.m
DAp
6.0) Comprimento da estaca
= 6,0 m
7.0) Capacidade de carga e carga admissvel para estaca broca e estaca Strauss (escavada em
geral)
(argila) 0,80
(argila) 0,85
ppsc A . q . . A . q . Q
0,07 . 216 . 85,06 . 0,94 . 4 . 80,0Qc
98,1210,18Qc tf07,31Qc
tf4
98,12
3,1
10,18Qadm admQ 13,92 + 3,24
tf16,17Qadm
8.0) Capacidade de carga e carga admissvel para hlice contnua
(argila) 1,00
(argila) 0,30
ppsc A . q . . A . q . Q
0,07 . 216 . 30,06 . 0,94 . 4 . 00,1Qc
58,462,22Qc
tf2,27Qc
tf4
58,4
3,1
62,22Qadm admQ 17,40 + 1,15
tf55,18Qadm
Conclui-se, dos clculos acima, que a estaca hlice contnua desenvolve melhor o efeito de
atrito, portanto esse tipo de estaca mais eficiente para comprimentos maiores e maiores
dimetros.
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Exerccio 9.2 Determinar / Dimensionar a capacidade de carga e a carga admissvel de uma estaca hlice contnua para um pilar 15cm x 30 cm e carga de 27t, para o solo mostrado no
laudo de sondagem SPT da Figura 9.1.
Soluo:
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Figura 9.1 Laudo de sondagem SPT.
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10.0. DIMENSIONAMENTO DE BLOCOS DE COROAMENTO EM ESTACAS E TUBULES
10.1. BLOCO PARA UMA ESTACA
Neste tipo de bloco, a carga do pilar praticamente transmitida diretamente estaca. No
entanto, nesta transmisso so aplicadas ao bloco esforos de trao e de compresso que
exigem o uso de armao.
As foras de trao sero absorvidas por estribos horizontais e a de compresso por estribos
verticais, normalmente colocados em diagonal. A tenso de trao uma parcela da tenso de
compresso.
A tenso de compresso dada pela relao:
Logo,
A fora de trao igual tenso de trao multiplicada pela rea a x d (rea lateral do
bloco).
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Logo,
A rea de armao necessria (estribos horizontais) dada por:
Em que
A armao vertical calculada como se fosse um pilar de concreto armado, sem flambagem.
Assim, a taxa de armao dada pela seguinte relao:
Em que
A rea de armao dada pela seguinte relao:
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Em que
Foto 10.1 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (Construtora Quartzo).
Foto 10.2 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (fundflexnine).
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Exerccio 10.1 Calcular as armaes do bloco, para carga de 30 tf e uma estaca com dimetro de 25 cm.
a) Dimenses do bloco
b) Armao horizontal
Adota-se
c) Armao vertical
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Adota-se
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10.2. BLOCO PARA DUAS ESTACAS
Para o clculo da armao do bloco de duas estacas, em razo da sua rigidez, ser usado o
processo denominado mtodo das bielas. Neste processo, considera-se a existncia de uma trelia interna submetida a foras de trao e de compresso. A fora de trao ser absorvida
pela armao e a de compresso pelo concreto.
Para efeito da determinao da fora T, a reao ser considerada a fora nominal da estaca e
no a que realmente ocorre em funo da carga P.
O estudo do equilbrio da trelia nos fornece o
seguinte resultado:
A armao principal ser dada pela seguinte relao:
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A compresso no concreto dever ser verificada tanto junto ao pilar como junto estaca.
Em primeiro lugar, verifica-se qual a menor rea, se a do pilar ou a da estaca. Essa rea ser
usada para calcular a rea Ab da biela.
A tenso de compresso na biela ser:
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A tenso de compresso dever ser inferior ao limite de compresso no concreto:
Dever ser, por ltimo, verificada a tenso de cisalhamento:
A armao para estribos ser calculada para todo comprimento do bloco igual a:
Foto 10.3 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (Construtora
Quartzo).
Foto 10.4 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (fundflexnine).
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Exerccio 10.2 Dimensionar as armaes para o bloco a seguir:
Para a situao acima, as dimenses do bloco sero:
Arredondando-se os valores, tem-se que:
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a) Armao principal
Adota-se
b) Verificao da tenso de compresso
Portanto,
c) Verificao da tenso de cisalhamento
d) Armao dos estribos
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Adotando-se
Adotando-se espaamento mximo de 20 cm
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10.3. BLOCO PARA TRS ESTACAS
O processo de clculo da armao desse tipo de bloco ser o mesmo usado para o bloco de
duas estacas: o mtodo das bielas.
Nos blocos de trs estacas, as armaes podem ser distribudas das estacas para o centro de
gravidade dos blocos ou paralelas aos lados do bloc.
a) Armao dirigida para o CG do bloco
Valem todas as relaes deduzidas para o bloco de duas estacas.
Em virtude das dimenses do bloco, podem ser dispensadas as verificaes de tenses de
compresso e cisalhamento, resumindo-se o clculo rea da armao principal.
b) Armao paralela aos lados
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Como se pode observar pela figura anterior, as foras de trao paralelas aos lados do bloco
so menores que a calculada em relao ao CG do bloco. Para facilitar o clculo e a favor da
segurana, pode-se adotar a mesma armao calculada pela relao j vista anteriormente.
Foto 10.5 Execuo para bloco de coroamento de 3 estacas (Rossi Bizerris).
Foto 10.6 Execuo para bloco de coroamento de 3 estacas (Rossi Bizerris).
Foto 10.7 Execuo para bloco de coroamento de 3 estacas (Rossi Bizerris).
Foto 10.8 Bloco de coroamento de 3 estacas.
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Exerccio 10.3 Dimensionar as armaes para o bloco a seguir:
Adotam-se
Adota-se
Para fixar as armaes principais na posio, deve-se prever um anel superior e um inferior de
12,5 mm.
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10.4. BLOCO PARA QUATRO ESTACAS
Neste caso tambm possvel adotar-se dois posicionamentos para as armaes dirigidas para
o CG ou paralelas aos lados do bloco.
As traes no primeiro caso, como j mostrado, so maiores que no segundo caso. Aqui
tambm, para facilitar o clculo e a favor da segurana, ser adotada a armao calculada no
primeiro caso.
So dispensadas, tambm, as verificaes das tenses de compresso e cisalhamento.
Foto 10.9 Execuo para bloco de coroamento de 4 estacas.
Foto 10.10 Execuo para bloco de coroamento de 4 estacas.
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Foto 10.11 Execuo para bloco de coroamento de 4 estacas.
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Exerccio 10.4 Dimensionar as armaes para o bloco a seguir:
Adotam-se
Adota-se
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Pode-se, no caso de bloco sobre quatro estacas, adotar uma armao em malha. Neste caso, a
armao necessria de 8,2 cm2 ser distribuda ao longo de toda a largura do bloco.
Por exemplo, adotando-se uma bitola de 10 mm (A1= 0,7 cm2), o nmero de barras seria:
O espaamento de barras seria:
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10.5. ARMAO DE BLOCOS COM MAIS DE 4 ESTACAS
Neste caso, as armaes sero sempre em malha e calculadas para duas direes.
Por exemplo:
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Exerccio 10.5 Dimensionar as armaes para o bloco a seguir:
a) Dimenses do bloco
So adotadas 6 estacas, para 20 tf ( = 25 cm)
Convm adotar a altura do bloco igual distncia da estaca mais afastada do CG do bloco.
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a) Armao na direo x
Adotando-se
b) Armao na direo y
Adotando-se
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Observaes:
O arranque dos pilares calculado em 44 dimetros;
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