UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS CURSO DE PÓS GRADUAÇÃO – MESTRADO EM CONSTRUÇÃO CIVIL
Dissertação de Mestrado
ESTUDO COMPARATIVO POR ANÁLISE COMPUTACIONAL DE FUNDAÇÕES CONSTITUÍDAS POR DIFERENTES ELEMENTOS METÁLICOS EM AÇO
Área de concentração: Materiais Metálicos para a Construção Civil Autor: Célio Márcio Magalhães Orientador: Prof. Dr. Cícero Murta Diniz Starling Banca examinadora: Prof. Dr Abdias Magalhães Gomes Prof. Dr. Eduardo Marques Arantes Belo Horizonte - Fevereiro de 2010
1- Fundações metálicas – Justificativa e importância da pesquisa
O emprego de estacas metálicas em fundações ocorre há muitos anos no Brasil, entre outros aspectos, pela facilidade de execução e cravação das mesmas.
Através de uma análise da bibliografia disponível, constata-se um número reduzido de estudos realizados no Brasil sobre fundações constituídas por elementos metálicos.
As fórmulas semi-empíricas disponíveis na literatura para o dimensionamento de fundações são muito empregadas em estudos de fundações em concreto. Entretanto, também podem ser empregadas para o dimensionamento de fundações constituídas por elementos metálicos.
Neste trabalho, promoveu-se o dimensionamento de fundações metálicas constituídas por diferentes elementos (para diferentes tipos de solos) através da utilização de fórmulas semi-empíricas desenvolvidas para processos de cálculos estáticos e dinâmicos.
2- Objetivo geral
O objetivo geral deste trabalho foi promover o dimensionamento de fundações constituídas por diferentes elementos metálicos com o auxílio de programas computacionais.
2- Objetivo geral
O objetivo geral deste trabalho foi promover o dimensionamento de fundações constituídas por diferentes elementos metálicos com o auxílio de programas computacionais.
Este trabalho abrangeu as fundações metálicas constituídas por perfis, tubos e, ainda, trilhos ferroviários reutilizados.
2- Objetivo geral
O objetivo geral deste trabalho foi promover o dimensionamento de fundações constituídas por diferentes elementos metálicos com o auxílio de programas computacionais.
Este trabalho abrangeu as fundações metálicas constituídas por perfis, tubos e, ainda, trilhos ferroviários reutilizados.
Os programas computacionais (que foram desenvolvidos especificamente para essa aplicação) utilizaram fórmulas semi-empíricas de cálculos geotécnicos estáticos e dinâmicos para determinar a capacidade de carga de estacas profundas e, conseqüentemente, a carga admissível das mesmas.
2- Objetivo geral
O objetivo geral deste trabalho foi promover o dimensionamento de fundações constituídas por diferentes elementos metálicos com o auxílio de programas computacionais.
Este trabalho abrangeu as fundações metálicas constituídas por perfis, tubos e, ainda, trilhos ferroviários reutilizados.
Os programas computacionais (que foram desenvolvidos especificamente para essa aplicação) utilizaram fórmulas semi-empíricas de cálculos geotécnicos estáticos e dinâmicos para determinar a capacidade de carga de estacas profundas e, conseqüentemente, a carga admissível das mesmas.
Promover, a partir dos dados do dimensionamento para situações controladas (por exemplo, para um mesmo tipo de solo), uma análise comparativa da eficiência dos diferentes tipos de elementos estruturais considerados.
2- Objetivo geral
O objetivo geral deste trabalho foi promover o dimensionamento de fundações constituídas por diferentes elementos metálicos com o auxílio de programas computacionais.
Este trabalho abrangeu as fundações metálicas constituídas por perfis, tubos e, ainda, trilhos ferroviários reutilizados.
Os programas computacionais (que foram desenvolvidos especificamente para essa aplicação) utilizaram fórmulas semi-empíricas de cálculos geotécnicos estáticos e dinâmicos para determinar a capacidade de carga de estacas profundas e, conseqüentemente, a carga admissível das mesmas.
Promover, a partir dos dados do dimensionamento para situações controladas (por exemplo, para um mesmo tipo de solo), uma análise comparativa da eficiência dos diferentes tipos de elementos estruturais considerados.
Realizar uma estimativa do custo global das fundações avaliadas que permitirá uma análise da viabilidade de utilização das mesmas em situações específicas.
2- Objetivo específico
Criar programas computacionais para geração de resultados do dimensionamento e da interação solo/estrutura para diferentes elementos comuns de fundações metálicas (perfis, tubos e trilhos ferroviários)
2- Objetivo específico
Criar programas computacionais para geração de resultados do dimensionamento e da interação solo/estrutura para diferentes elementos comuns de fundações metálicas (perfis, tubos e trilhos ferroviários)
Obter e analisar os resultados comparativos da carga admissível gerados por métodos estáticos semi-empíricos (métodos Aoki-Velloso, Décourt-Quaresma, Pedro Paulo Costa Velloso, Alberto Henriques Teixeira e Urbano Rodrigues Alonso) para os diferentes elementos metálicos considerados. Os resultados comparativos foram resultantes da análise em dois tipos de solos, o primeiro predominantemente arenoso e o segundo predominantemente argiloso.
2- Objetivo específico
Criar programas computacionais para geração de resultados do dimensionamento e da interação solo/estrutura para diferentes elementos comuns de fundações metálicas (perfis, tubos e trilhos ferroviários)
Obter e analisar os resultados comparativos da carga admissível gerados por métodos estáticos semi-empíricos (métodos Aoki-Velloso, Décourt-Quaresma, Pedro Paulo Costa Velloso, Alberto Henriques Teixeira e Urbano Rodrigues Alonso) para os diferentes elementos metálicos considerados. Os resultados comparativos foram resultantes da análise em dois tipos de solos, o primeiro predominantemente arenoso e o segundo predominantemente argiloso.
Obter e analisar os resultados comparativos da capacidade de carga dinâmica das fundações metálicas consideradas (através do método de HILEY-1925).
2- Objetivo específico
Criar programas computacionais para geração de resultados do dimensionamento e da interação solo/estrutura para diferentes elementos comuns de fundações metálicas (perfis, tubos e trilhos ferroviários)
Obter e analisar os resultados comparativos da carga admissível gerados por métodos estáticos semi-empíricos (métodos Aoki-Velloso, Décourt-Quaresma, Pedro Paulo Costa Velloso, Alberto Henriques Teixeira e Urbano Rodrigues Alonso) para os diferentes elementos metálicos considerados. Os resultados comparativos foram resultantes da análise em dois tipos de solos, o primeiro predominantemente arenoso e o segundo predominantemente argiloso.
Obter e analisar os resultados comparativos da capacidade de carga dinâmica das fundações metálicas consideradas (através do método de HILEY-1925).
Avaliar a tensão de cravação obtida em cada simulação e realizar um comparativo em relação aos limites de resistência do material.
2- Objetivo específico
Criar programas computacionais para geração de resultados do dimensionamento e da interação solo/estrutura para diferentes elementos comuns de fundações metálicas (perfis, tubos e trilhos ferroviários)
Obter e analisar os resultados comparativos da carga admissível gerados por métodos estáticos semi-empíricos (métodos Aoki-Velloso, Décourt-Quaresma, Pedro Paulo Costa Velloso, Alberto Henriques Teixeira e Urbano Rodrigues Alonso) para os diferentes elementos metálicos considerados. Os resultados comparativos foram resultantes da análise em dois tipos de solos, o primeiro predominantemente arenoso e o segundo predominantemente argiloso.
Obter e analisar os resultados comparativos da capacidade de carga dinâmica das fundações metálicas consideradas (através do método de HILEY-1925).
Avaliar a tensão de cravação obtida em cada simulação e realizar um comparativo em relação aos limites de resistência do material.
Realizar um estudo comparativo do custo global estimado dos diferentes tipos de fundações metálicas avaliadas e realizar uma análise da viabilidade da utilização das mesmas.
3- Revisão bibliográfica
A utilização do aço como elemento estrutural de fundação
•
As estacas metálicas possuem uma grande diversidade em relação à sua geometria contribuindo para que, juntamente com materiais de alta resistência como o aço, possam resistir a elevadas penetrações por cravação à percussão e conseqüentemente à cargas elevadas.
•
As estacas de aço também são muito utilizadas em reforços de fundações sendo isso atribuído à sua facilidade de cravação, baixa vibração, baixo peso, fácil manuseio e por possuir diferentes geometrias e dimensões.
3- Revisão bibliográfica
Vantagens de Fundações em aço
•
pouca perturbação do terreno (exceto secções tubulares com ponta obturada); baixa vibração entre as estacas pré fabricadas; grande capacidade de cravação em quase todos os tipos de solos; grande capacidade de carga podem atingir cota previamente fixada fácil condição de tempo de entrega; facilidade em executar emendas e cortes; elevada resistência à compressão, tração e flexão; possibilita comprimentos variados; possibilita que várias estacas possam ser soldadas; facilidade de transporte e manuseio; controle de qualidade facilitado.
• • • • • • • • • • •
3- Revisão bibliográfica
Desvantagens de Fundações em aço
•
Alguns perfis são susceptíveis à curvatura quando cravados; Ruído quando cravados por percussão; Pouca resistência de ponta; Fama de alto custo; Problemas relacionados à corrosão.
• • • •
3- Revisão bibliográfica
Tipos de estacas quanto ao processo executivo
•
Segundo DÉCOURT (1998), para simplificar os tipos de estacas quanto ao processo executivo, podemos citar dois grupos importantes: o de “estacas de deslocamento” e o de “estacas de não deslocamento ou escavadas”.
3- Revisão bibliográfica
Fundações metálicas quanto às dimensões da seção e fabricação
•
Perfis de aço utilizados em fundações: tipo H e I laminados, soldados e eletrosoldados
· • · • ·
Tubos de aço utilizados em fundações cravadas: circulares Trilhos ferroviários utilizados em fundações cravadas: nacionais TR 25 ao TR68
3- Revisão bibliográfica
Dimensionamento geotécnico de fundações de aço
·
Norma ABNT 6122/96 A capacidade de carga de fundações profundas pode ser obtida por métodos estáticos, provas de carga e métodos dinâmicos.
·
Capacidade de carga Capacidade de carga lateral + capacidade carga de ponta = Capacidade de carga da estaca
·
Carga admissível Capacidade de carga da estaca / coeficiente de segurança (definido pelo autor e limitado pela norma NBR 6122/96. CS: não menor que 2)
3- Revisão bibliográfica
Métodos estáticos semi-empíricos que utilizam o SPT
•
Método Aoki-Velloso (1975)
•
Método Décourt-Quaresma (1978, 1982)
•
Método Pedro Paulo Costa Velloso (1979)
•
Método Alberto Henriques Teixeira (1996)
•
Método Urbano Rodrigues Alonso (1996)
3- Revisão bibliográfica •
Métodos estáticos semi-empíricos que utilizam o SPT Método Aoki-Velloso (1975)
Capacidade de carga total da estaca (Qu): Qu = (k . Np)/ F1 . sp + p/F2 (α . k . Nl . ∆l)
A capacidade de carga por atrito de ponta (Qpu): Qpu = (sp/ F1) . k. Np F1: tabela pag 110 (metálica: 1,75) K: tabela pag 109 Sp: área de ponta Np: índice de SPT na cota de apoio
Capacidade de carga por atrito lateral (Qlu): Qlu= (p/ F2) . ( α . k . Nl) F2: tabela pag 110 (metálica: 3,50)
α e k: página 109 p: perímetro da estaca Nl: índice de SPT ao longo do fuste
Capacidade de carga total da estaca (Qu): Qu= Qlu + Qpu Carga admissível da estaca (Qadm): Qadm = Qu/CS (CS=2,0)
Qadm= carga admissível Qu= capacidade de carga total Qpu= Capacidade de carga de ponta Qlu= capacidade de carga lateral
3- Revisão bibliográfica
Capacidade de carga por método dinâmico
·
Fórmula dinâmica de Hiley (1925) – NEGA Aconselha-se, entretanto, a fórmula de Hiley (1925), por ser melhor elaborada (AÇOMINAS, 1981).
·
· • • • • • • • • • • •
•
Qd = (ef . W . h) / (s + c) . (W + e² P) / (W + P)
Sendo: ef = eficiência do sistema de cravação e = coeficiente de restituição definido na teoria de choque entre corpos sólidos, estudada na Física. (aço c/coxim: 0,32) P = peso da estaca c = 1/2 (c1 + c2 +c3) = representa as perdas por compressão elástica, ocorrentes no capacete (c1), na estaca (c2) e no solo (c3). W = peso do martelo h = atura de queda Qd = capacidade de carga dinâmica da estaca s = nega de cravação ou seja, a energia aplicada é totalmente gasta no trabalho de cravação da estaca. ef = 0,75 para bate estaca de queda livre ef= 1,00 para bate estaca diesel ou a vapor. Neste caso W.h será a energia nominal declarada no manual do equipamento. c1 = a . Qd / Se (perda elástica do capacete) estaca) c3 = 2,5mm (perda elástica no solo)
c2 = b.(Qd I Se) . I (perda lástica na
3- Revisão bibliográfica
Capacidade de carga por método dinâmico
·
Medição da Nega
·
Para o controle dinâmico da cravação de uma estaca metálica normalmente utiliza-se da medição do número de golpes necessário para uma certa penetração permanente da estaca no solo.
·
A contagem de golpes sobre a estaca e a medição da sua penetração é denominada por NEGA.
3- Revisão bibliográfica
Tensão de cravação
·
O cálculo da tensão de cravação tem por objetivo estudar a energia disponibilizada pelo equipamento para se atingir as metas de cravação da estaca.
·
A energia de cravação propicia à estaca condições à sua cravabilidade, porém, pode também inviabilizar a execução do serviço ou da estaca.
·
Um dos fatores que limitam a energia de cravação é o limite mínimo de escoamento do aço da estaca. Através destes cálculos é possível dimensionar a profundidade de cravação da estaca e as condições máximas suportáveis pelo material. σ = ((ρ . M . h) / S(L/E + α . S/AC))½ ≤ σe
Sendo: ρ = rendimento do martelo (queda livre – adotar 0,75) σ = tensão média de cravação (kgf/cm²) σe = limite mínimo de escoamento do aço (kg/cm²) L = comprimento da estaca (cm) Ac = seção do envelope da estaca ou do capacete (cm²) α = característica do capacete (aço c/ coxim = 0,3x10-2 cm³/kgf) M = peso do martelo (kgf) h = altura de queda do martelo (cm) S = Área da seção da estaca (cm²) E = módulo de deformação longitudinal (2,1x106 kg/cm²)
3- Revisão bibliográfica
Cravação à percussão
·
Cravação por percussão é o método executivo mais difundido no Brasil. Devido à alta freqüência de utilização no país, vários processos semi empíricos foram criados para determinação da capacidade de carga.
·
Para a cravação das estacas é necessário o equipamento de bate estacas que pode ser de queda livre ou automáticos, também chamado de “Martelos diesel”.
·
A cravação de estacas promovem deslocamentos do subsolo permitindo que a estaca possa penetrar e transmitir sua carga para o subsolo pela ponta e pela área do fuste.
4- Metodologia ·
As fundações metálicas mais comuns utilizadas são aquelas constituídas por perfis, tubos e trilhos. Estas fundações são, dentre outros métodos, executadas sob percussão por bate estacas.
·
No presente trabalho, foram dimensionados 03 tipos distintos de fundações em aço (para elementos em perfis, tubos e trilhos) através do desenvolvimento de 03 programas computacionais distintos (uma para cada tipo de elemento).
·
Os processos utilizados para o dimensionamento das fundações cravadas foram os métodos clássicos estáticos e dinâmicos semi-empíricos.
4- Metodologia
Definição do solo:
·
Para o dimensionamento e análise do custo de uma fundação metálica, foram considerados os fatores de solo utilizando o método à percussão SPT.
·
O método de sondagem por SPT foi escolhido por ser um dos processos mais comuns utilizados no Brasil
·
Foram utilizados nos programas dois projetos de sondagem à percussão SPT.
·
Para tornar os projetos de sondagens independentes, foi escolhido aquele que possui características parecidas em relação ao uso de fundações metálicas, onde no primeiro predomina solo tipo arenoso e o segundo com característica típica de solo argiloso.
4- Metodologia
Definição dos elementos metálicos e tipos de aço a serem utilizados:
·
Os perfis do tipo “H” e “I” utilizados em fundações cravadas são comuns em aço A36, que oferece o limite de escoamento característico mínimo de 250 MPa.
·
Atualmente, os perfis e tubos de aço utilizados em fundações metálicas também podem ser do tipo ASMT 572 de grau 50 que oferece o limite de escoamento característico mínimo de 350 MPa.
·
Os trilhos ferroviários são regidos por normas diferentes e possuem resistência mínima de limite de escoamento, em média 450 Mpa.
·
Neste trabalho serão utilizados perfis e tubos ASTM 572 grau 50 e trilhos com 450 MPa de limite de escoamento.
·
4- Metodologia 
Desenvolvimento dos programas computacionais - Perfis
4- Metodologia 
Desenvolvimento dos programas computacionais - Tubos
4- Metodologia 
Desenvolvimento dos programas computacionais - Trilhos
4- Metodologia ¡
Desenvolvimento dos programas computacionais – Resultados geotÊcnicos
4- Metodologia
Definição do método executivo, das cargas estáticas e dinâmicas:
·
Para se evitar perdas de materiais (pontas de estacas) durante a execução, é importante que a fundação esteja projetada prevendo o mínimo de variação de seções dos elementos de fundação. Desta forma, consegue-se destino para as “pontas de estacas” que foram cortadas.
·
Assim, optou-se pela utilização de somente duas cargas (25 e 75 tf), pretendendo extinguir ao máximo as perdas de materiais.
·
Os programas calcularam as tensões máximas de cravação e, a partir destes resultados, foram determinados a capacidade de carga e os limites de tensões suportados para cada elemento de fundação em relação ao tipo de solo.
·
Para que a estaca obtenha profundidade de cravação suficiente é necessário que o valor da NEGA seja maior ou igual a zero.
·
A altura de queda do martelo também variou conforme a necessidade para se atingir a capacidade de carga. As alturas de queda, peso dos martelos e energia de cravação foram definidas conforme as respectivas metas de cargas admissíveis.
·
Em todos os casos foram considerados bate estacas de queda livre utilizando uma peça de madeira para proteção.
4- Metodologia
Definição dos custos das fundações:
·
Considerou-se a execução da fundação em um local plano e de fácil instalação dos equipamentos. A forma de pagamento foi tratada como um fator comum nas simulações.
·
Da mesma forma, a distância e transporte dos equipamentos e a disponibilidade no mercado foram consideradas similares em todas as situações.
·
Os custos de corte, preparo da cabeça da estaca e emendas, foram considerados como fator comum em todas as situações.
·
Assim, os fatores diferenciadores no custo final das fundações serão a profundidade das fundações e o valor dos elementos de aço.
·
Foram consideradas como base quantitativa para o estudo dos custos 100 fundações cravadas para os dois tipos de solo.
·
Valores médios encontrados através de cotações:
·
Perfis: R$3,30/kg (GUERDAL) Tubos: R$5,16/kg (FERNANDES, V&MTUBES, 2009) Trilhos: R$ 2,00/kg (BRASIL Trilhos, 2009) Execução de cravação: R$40,00/m (Gontijo, 2009)
· · ·
5. Resultados e discussão
.
Os resultados das cargas admissíveis dos trilhos simples serão comparados aos resultados das cargas admissíveis dos tubos e perfis do tipo “H” ou “I” (somente do tipo simples, não considerando aqueles dos tipos duplos ou triplos). Com isso, serão gerados valores de profundidades para comparação.
.
Serão discutidos os comparativos realizados em relação às profundidades das fundações e dos custos finais de cada elemento em aço.
.
As tensões máximas de cravação e de carga de trabalho, para cada caso, serão apresentadas e analisadas em relação à resistência do material utilizado.
5. Resultados obtidos para o solo tipo arenoso sob a carga de 25tf 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Profundidade de cravação para diferentes elementos em aço:
0
Trilho: TR32
4
2 4
6
8
22
21
21
20
Profundidade de cravação (metros)
22
18
17
17
12 1313 1414
14 16
14
14 16 17
17
18
16
16
16
16
15 14
13
20 21 22
12 10 (1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
Trilhos
16
19
16
22
21
Tubos
13
14
14
18
17
Perfis
13
14
13
17
16
(4) Teixeira
(5) Alonso
39
24
39
26
38 37
28
36 32
30
38 44
32
34
34
(3) DécourtQuaresma
35
22
26
32
11
22
39
30
13
17
37
14
13
22 22
18
20
28
14
16
25
19
22
21 22
16
18
16 20
13
24 17
12 13
12
19
18
10 11
10
23
9 8
10
24
5 4
8
16
7 2
6
Tubo: 168,3 x 4,8
Profundidade em metros (m)
3
2
Perfil: W200 x 19,3
19
0
(1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DécourtQuaresma
Trilhos
16
19
16
22
21
Tubos
13
14
14
18
17
Perfis
13
14
13
17
16
(4) Teixeira
(5) Alonso
58
5. Resultados obtidos para o solo tipo arenoso sob a carga de 25tf Valores da NEGA de cravação para diferentes elementos em aço 9
Peso do martelo 2tf
8
Capacete com coxim 20cm
7 Valores de NEGA (mm/golpe)
Altura de queda livre 75cm
6,75
6,82
6,40
6,82
6,75
6 5
4,6
4,3
5,75
5,46
5,52 4,3
4
4,68 4,26 3,4
3,1
3 2 1 0 (1) PPCV
(2) AokiVelloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
(1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
Trilhos
6,82
5,52
6,82
4,26
4,68
Tubos
4,6
4,3
4,3
3,1
3,4
Perfis
6,75
6,40
6,75
5,46
5,75
5. Resultados obtidos para o solo tipo arenoso sob a carga de 25tf
Valores da tensão de cravação para diferentes elementos em aço Peso do martelo 2tf
350
Altura de queda livre 75cm Limite de escoamento perfil e tubo: 350 MPa Tensão de cravação (MPa)
Limite de escoamento trilho: 450 MPa
300
250 216,80 200
217,30
211,60
216,80
212,00
212,00
198,10
202,30
194,10
198,20
109,92
111,11
150
100
117,63
113,58
117,63
(1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
Trilhos
117,63
113,58
117,63
109,92
111,11
Tubos
217,30
212,00
212,00
194,10
198,20
Perfis
216,80
211,60
216,80
198,10
202,30
50
5. Resultados obtidos para o solo tipo arenoso sob a carga de 25tf
Custo das estacas para diferentes elementos em aço (tubos, trilhos e perfis).
2600,00 2517,23 2400,00
2377,38 2288,00
Valores em reais R$
2200,00
2184,00
2000,00
1800,00
1976,00 1957,84
1957,84
1818,00
1762,73
1664,00
1664,00
1659,04
1600,00
1400,00
1451,66 1347,97
1347,97
1200,00
1000,00 (1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DĂŠcourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
Trilhos
1664,00
1976,00
1664,00
2288,00
2184,00
Tubos
1818,00
1957,84
1957,84
2517,23
2377,38
Perfis
1347,97
1451,66
1347,97
1762,73
1659,04
5. Resultados obtidos para o solo tipo arenoso sob a carga de 75tf 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Profundidade de cravação para diferentes elementos em aço:
0
0
2
2
3
5 4
6
Perfil: W360 x 44
8
6
9 8
8
29 28
Profundidade de cravação (metros)
31
25
22
22
20
14
21
22
16
22
18
18
20
20 21
21 22
22
22
22
35
22
25
25 26
39
26
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
Trilhos
23
28
25
31
29
Tubos
21
22
22
26
25
Perfis
16
19
17
22
21
36 32
30
38 44
32
34
(2) Aoki-Velloso
38 37
28
34
39
28
32
(1) PPCV
39
24
31 17
22
37
24
28
17 25
19
30
16
22
17
29 19
21
16
16
22
21
16
14
26
23
12 13
12
12
23 26 25
10 11
10
10
Tubo: 219,1 x 7,9
Profundidade em metros (m)
4
4
Trilho: TR57
32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14
7 2
(1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
Trilhos
23
28
25
31
29
Tubos
21
22
22
26
25
Perfis
16
19
17
22
21
58
5. Resultados obtidos para o solo tipo arenoso sob a carga de 75tf Valores da NEGA de cravação para diferentes elementos em aço 12 11
Altura de queda livre 120cm
10
Capacete com coxim 40cm
9
Valores de NEGA (mm/golpe)
Peso do martelo 6tf
10,56 10,4410,4
10,0 9,31
10,12 10,0 9,17
8,9 8,58
8,6 8,25
8 7,29
7
6,67
6
5,43
5 4 3 2 1 0 (1) PPCV
(1) PPCV
(2) AokiVelloso (2) Aoki-Velloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso 6,67
Trilhos
10,44
7,29
9,17
5,43
Tubos
10,4
10,0
10,0
8,6
8,9
Perfis
10,56
9,31
10,12
8,25
8,58
5. Resultados obtidos para o solo tipo arenoso sob a carga de 75tf
Valores da tensão de cravação para diferentes elementos em aço Peso do martelo 6tf
350
Altura de queda livre 120cm
300,10
Limite de escoamento perfil e tubo: 350 MPa
281,40
300
293,50
Tensão de cravação (MPa)
Limite de escoamento trilho: 450 MPa 250
267,30
262,90
265,70
270,70
247,20
250,90
168,23
171,33
262,90
200 181,81
172,95
178,11
(1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
Trilhos
181,81
172,95
178,11
168,23
171,33
Tubos
267,30
262,90
262,90
247,20
250,90
Perfis
300,10
281,40
293,50
265,70
270,70
150
100
50
5. Resultados obtidos para o solo tipo arenoso sob a carga de 75tf
Custo das estacas para diferentes elementos em aço (tubos, trilhos e perfis).
7000,00 6567,39 6314,80 6000,00 5557,02
5557,02
5304,43 Valores em reais R$
5000,00 4768,42 4460,78
4306,96 4000,00
3845,50 3537,86
3000,00
4096,91
3910,68
3538,24 3165,79
2979,57
2000,00
1000,00 (1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DĂŠcourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
Trilhos
3537,86
4306,96
3845,50
4768,42
4460,78
Tubos
5304,43
5557,02
5557,02
6567,39
6314,80
Perfis
2979,57
3538,24
3165,79
4096,91
3910,68
5. Resultados obtidos para o solo tipo argiloso sob a carga de 25tf Profundidade de cravação para diferentes elementos em aço:
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 0
0
Trilho: TR32
3
2
2
4
4
Perfil: W200 x 19,3
6
8
Trilhos
22
22
21
21
20
12
18
18
17
17
16
20
15
22
16
16 17
17 18
18
18
22
22
14
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
20
26
17
22
21
22 35
22
39
24
39
26
38
39
26
26
37
28
36 32
30
38 44
32
32 (2) Aoki-Velloso
17
37
30
(1) PPCV
22
18
20
21
21
22
25
19 20
22
21
15
28
15
16
14
14
14
20
12 13
12
24
19
15
Profundidade de cravação (metros)
Profundidade em metros (m)
26
10 11
10
10
27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10
9 8
8
16
5 4
6
Tubo: 168,3 x 4,8
7 2
34
34 (1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
26
17
22
21
Tubos
16
22
15
19
18
Trilhos
20
Perfis
15
21
14
18
17
Tubos
16
22
15
19
18
Perfis
15
21
14
18
17
58
5. Resultados obtidos para o solo tipo argiloso sob a carga de 25tf Valores da NEGA de cravação para diferentes elementos em aço Peso do martelo 2tf
9
Altura de queda livre 75cm
8
Capacete com coxim 20cm Valores de NEGA (mm/golpe)
7 6,07
6,38
6,40
6
5,46
5,18 5,1
5 4
4,43
4,68 4,0
3,7
4,26 3,1
2,9
3
2,62 2,2
2 1 0 (1) PPCV
(2) AokiVelloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
(1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
Trilhos
5,1
2,62
6,38
4,26
4,68
Tubos
3,7
2,2
4,0
2,9
3,1
Perfis
6,07
4,43
6,40
5,18
5,46
5. Resultados obtidos para o solo tipo argiloso sob a carga de 25tf
Valores da tensão de cravação para diferentes elementos em aço Peso do martelo 2tf Altura de queda livre 75cm
350
Limite de escoamento perfil e tubo: 350 MPa Limite de escoamento trilho: 450 MPa Tensão de cravação (MPa)
300
250 211,60
206,80 183,50
200
100
180,20
112,32
198,10
190,40
194,10
109,92
111,11
207,10
202,50 150
194,10
105,55
50
116,23
(1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
Trilhos
112,32
105,55
116,23
109,92
111,11
Tubos
202,50
180,20
207,10
190,40
194,10
Perfis
206,80
183,50
211,60
194,10
198,10
5. Resultados obtidos para o solo tipo argiloso sob a carga de 25tf
Custo das estacas para diferentes elementos em aço (tubos, trilhos e perfis).
3076,61
3000,00
2704,00
2657,07 2517,23
Valores em reais R$
2500,00 2237,54 2000,00
2288,00 2177,49
2080,00
2184,00 2097,69 1866,42 1768,00
1500,00
1762,73
1555,35 1451,66
1000,00 (1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DĂŠcourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
Trilhos
2080,00
2704,00
1768,00
2288,00
2184,00
Tubos
2237,54
3076,61
2097,69
2657,07
2517,23
Perfis
1555,35
2177,49
1451,66
1866,42
1762,73
5. Resultados obtidos para o solo tipo argiloso sob a carga de 75tf 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
Profundidade de cravação para diferentes elementos em aço:
0
Trilho: TR57
4
4
6
26
26
26
Profundidade de cravação (metros)
27
8
23
23 22
20
(1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
22
16 18
22
22 23
23 24
26
26
26
27
27
26
39
26
38 37
30
36
34
34 (1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
27
26
Tubos
24
23
27
26
18
23
22
Perfis
20
18
23
22
26
30
38 44
32
Trilhos
20
24
32
30
30
Perfis
39 37
28
26
24
22
39
26
27
Tubos
22 35
23
Trilhos
17 25
20
20
20
(5) Alonso
26
22 22
18
18
(4) Teixeira
27
21
16
32 (3) DécourtQuaresma
16
14
14
30
18
12 13
12
28
20
10 11
10
12
24
24
9 8
10
27
5 4
8
30
7 2
6
Tubo: 219,1 x 7,9
Profundidade em metros (m)
3
2
2
Perfil: W360 x 44
32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14
0
58
5. Resultados obtidos para o solo tipo argiloso sob a carga de 75tf Valores da NEGA de cravação para diferentes elementos em aço 12 11
Altura de queda livre 120cm
10
Capacete com coxim 40cm
Valores de NEGA (mm/golpe)
Peso do martelo 6tf
9,70 9,6
9,38,94
9
8,54 7,91
8
8,6 8,25
8,2 7,93
7,05
7 6,04
6 5 4 3 2 1 0 (1) PPCV
(1) PPCV Trilhos
(2) AokiVelloso (2) Aoki-Velloso
7,91
Tubos
9,3
Perfis
8,94
(3) DécourtQuaresma (3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
(4) Teixeira
8,54
7,05
(5) Alonso
(5) Alonso 6,04
9,6
8,2
8,6
9,70
7,93
8,25
5. Resultados obtidos para o solo tipo argiloso sob a carga de 75tf
Valores da tensão de cravação para diferentes elementos em aço Peso do martelo 6tf
350
Altura de queda livre 120cm Limite de escoamento perfil e tubo: 350 MPa Tensão de cravação (MPa)
Limite de escoamento trilho: 450 MPa
300
287,20
275,90 248,50
250
254,70
258,70
174,62
176,34
261,10
265,70
243,70
247,20
200
150
169,76
100
50 (1) PPCV Trilhos
174,62
Tubos
254,70
Perfis
275,90
(2) Aoki-Velloso
(3) DécourtQuaresma
(4) Teixeira
176,34
248,50
(5) Alonso 169,76
258,70
243,70
247,20
287,20
261,10
265,70
5. Resultados obtidos para o solo tipo argiloso sob a carga de 75tf
Custo das estacas para diferentes elementos em aço (tubos, trilhos e perfis).
7000,00
6819,98 6567,39
6000,00
6062,21 5809,62
Valores em reais R$
5000,00
4000,00
4841,80
4614,60 4283,13
4153,14
3999,32
4096,91
3724,46 3352,01 3000,00
2000,00
1000,00 (1) PPCV
(2) Aoki-Velloso
(3) DĂŠcourtQuaresma
(4) Teixeira
(5) Alonso
Trilhos
4153,14
3999,32
Tubos
6062,21
5809,62
6819,98
6567,39
Perfis
3724,46
3352,01
4283,13
4096,91
4841,80
4614,60
5. Análise comparativa global · Considerou-se arbitrariamente a utilização de 100 unidades de estacas (50 para 25tf e 50 para 75tf) para uma melhor aproximação de uma situação real de fundação.
500.000,00 473.852,90
480.000,00
454.231,00
460.000,00
434.609,10
440.000,00 414.987,20
420.000,00 395.365,30
400.000,00 375.743,40
380.000,00 356.121,50
360.000,00
375.743,40
352.821,00
350.964,40
339.930,00 332.239,00
340.000,00
· Assim, pôde-se melhor compreender como as variações de valores influenciam no custo final da fundação.
454.231,00
320.000,00
311.657,00
314.148,00
288.366,00
300.000,00 280.000,00
307.477,45 292.981,80
292.981,80 278.486,15
275.475,00 263.990,50 260.093,00 249.494,85
260.000,00
240.183,70
240.000,00
225.688,05 216.376,90
220.000,00 200.000,00
P.P.C. Velloso
Aoki-Velloso
Décourt-Quaresma
T eixeira
Alonso
T rilhos - Arenoso
260093,00
314148,00
275475,00
352821,00
332239,00
T rilhos - Arenoso
311657,00
T ubos - Arenoso
356121,50
375743,40
375743,40
454231,00
434609,10
T ubos - Argiloso
414987,20
395365,30
473852,90
454231,00
Perfis - Arenoso
216376,90
249494,85
225688,05
292981,80
278486,15
Perfis - Argiloso
263990,50
350964,40
240183,70
307477,45
292981,80
288366,00
339930,00
6. Conclusões ·
A partir dos resultados obtidos pode-se concluir que as simulações apontam o elemento “perfil metálico” como a opção de menor custo.
·
Em todas as simulações, o solo tipo arenoso demonstrou maior capacidade de carga em relação ao solo tipo argiloso. Desta forma, conclui-se também que o tipo de solo pode vir a influenciar na profundidade de cravação.
·
O trilho possui elevada capacidade de penetração, mas devido a sua menor área de ponta e perímetro de seção, este passa a ter o custo comprometido em relação aos demais elementos (perfis e tubos) que apresentam maior diversidade de seções.
6. Conclusões ·
Os tubos, apesar da elevada capacidade de carga, apresentaram maiores custos, ultrapassando todos os demais elementos para os dois tipos de solos estudados.
·
Já os perfis metálicos (que apresentaram os menores custos globais para fundação) dispõem de uma diversidade elevada de geometrias e dimensões. Desta forma, obtêm-se inúmeras combinações que propiciam às fundações profundidades e capacidade de cargas desejadas com custos que viabilizam o seu uso em relação aos demais elementos de mesma origem (metálicos).
6. Conclusões ·
Os resultados obtidos para as tensões de cravação demonstraram que o aço ASTM A572 de grau 50 possui resistência suficiente para atender às exigências de cravação das estacas estudadas. Já o aço tipo ASTM A36 não apresentou valores de custo de aquisição que justificassem o seu uso dentro dos parâmetros do presente trabalho.
·
Os resultados da tensão de cravação dos trilhos (que são elementos fabricados com aço de maior resistência, neste trabalho considerado como tendo limite de escoamento mínimo de 450 MPa) apresentaram resultados que viabilizam a sua utilização.
·
Os valores apresentados para NEGA foram satisfatórios. Em todas as simulações realizadas não houve problemas com resultados abaixo ou próximo de “zero”. Conclui-se, assim, que em todas as situações as estacas atingiriam suas as respectivas profundidades e capacidades de cargas.
6. Conclusões ·
O trabalho demonstra que o correto dimensionamento de fundações metálicas direciona os resultados às melhores condições estruturais e, conseqüentemente, orçamentárias. Dentro desse raciocínio, demonstra-se também a importância dos cálculos das tensões máximas (tanto estáticas quanto dinâmicas) em relação à resistência do material e também ao seu uso e aplicação.
·
Através de diferentes informações de entrada (como tipos de solo e cargas) foi possível obter resultados que demonstraram comportamentos diversos em relação ao custo global da fundação.
·
Outro fator importante foi a divergência nos resultados entre os métodos estáticos estudados. Com isso, através destes métodos, pôde-se analisar, por exemplo, que para um determinado elemento metálico e sob condições diferentes de tipo de solo é possível determinar o melhor resultado a ser utilizado.
ESTUDO COMPARATIVO POR ANÁLISE COMPUTACIONAL DE FUNDAÇÕES CONSTITUÍDAS POR DIFERENTES ELEMENTOS METÁLICOS EM AÇO Autor: Célio Márcio Magalhães Orientador: Prof. Dr. Cícero Murta Diniz Starling Belo Horizonte Fevereiro de 2010
Centro administrativo do Governo de Minas Gerais Prédio 1 Fundação: 21 mil metros de estacas metálicas tubulares cravados www.odebrechtonline.com.br/comple mento/02201-02300/2286