“PROVA DE CARGA ESTÁTICA INSTRUMENTADA EM ESTACA METÁLICA DE SEÇÃO DECRESCENTE COM A PROFUNDIDADE – ANÁLISE DE DESEMPENHO E CRITÉRIOS DE DIMENSIONAMENTO”
Frederico Falconi Wanderley Perez Jr.
Histórico das Estacas Metálicas 2002
Perfis metálicos laminados ou soldados e Trilhos LAMINADOS ESPECIFICAÇÃO ÁREA DE AÇO (cm 2) PESO (kg/m) CARGA MÁXIMA (tf)
H 6" X 6" 47,3 37,1 40,0
H 8" X 4" I10 X 4 5/8" I12 X 5 1/4" 34,8 48,1 77,3 27,3 37,7 60,6 30,0 40,0 60,0
TRILHOS ESPECIFICAÇÃO ÁREA DE AÇO (cm 2) PESO (kg/m) CARGA MÁXIMA (tf)
TR 25 31,4 24,7 25,0
TR 32 40,9 32,0 35,0
TR 37 47,3 37,1 40,0
TR 45 56,8 44,7 45,0
fyk = 2500 kgf/cm²
TR 50 64,2 50,4 55,0
TR 57 72,0 57,0 60,0
2005
Histórico das Metálicas SÉRIEEstacas 150 SÉRIE 200 Perfis metálicos laminados e Trilhos
2002
2005 SÉRIE 250
Novos perfis
SÉRIE 310
• Ampla variedade de bitolas de 150 a 610mm; • Perfis de abas paralelas SÉRIE 360que facilitam a solda de filete ; SÉRIE 410
• Perfis mais leves e mais resistentes: fyk = 3450 kgf/cm² SÉRIE 460 SÉRIE 530 SÉRIE 610
Estacas Metálicas a partir de 2002 • Ampla variedade de bitolas para perfis de um mesmo grupo ( mesma altura interna e dimensões externas semelhante EXEMPLO : SÉRIE 310
HP 310 X 79 BITOLA 2 100,0 ÁREA DE AÇO (cm ) MASSA (kg/m) 79,0 PERÍMETRO COLADO (cm)177,0
HP 310 X 93 119,2 93,0 178,0
W 310 X 97 123,6 97,0 179,0
W 310 X 107 136,4 107,0 180,0
HP 310 X 110 141,0 110,0 180,0
HP 310 X 117 149,9 117,0 180,0
HP 310 X 125 159,0 125,0 181,0
Area: 100 a 159 cm² => 60% massa: 79 a 125 kg/m => 60%
Perímetro: 177 a 181 cm => 2,5%
Histórico das Estacas Metálicas 2002
Nova gama de Perfis metálicos
2005
Solução com estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade
Estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade Definição: estacas constituídas por perfis metálicos com dimensões de aba e alma semelhantes, porém com espessuras menores ao longo da profundidade. Exemplo
SEÇÃO TIPICA DA ESTACA
COTA DE TOPO 3º ELEMENTO: COMPRIMENTO =
W310X97 12 m
2º ELEMENTO: COMPRIMENTO =
HP310X93 12 m
1º ELEMENTO: COMPRIMENTO =
HP310X79 24 m COTA DE PONTA
Estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade Critérios de dimensionamento:
3º ELEMENTO 4º ELEMENTO
6 12 18
2º ELEMENTO
24 30 36 42 PERFIL
48
SEÇÃO CARGA NA PONTA
CONSTANTE
AUMENTO DE MASSA
220 tf
200
tf
1150 50
120 tf
100
80 tf
50
0
1º ELEMENTO
PROFUNDIDADE(m)
0
DIAGRAMA DE TRANSFERÊNCIA DE CARGAS ATUANTES Carga (tf)
250
a) Atender ao diagrama de transferência de cargas
Critérios de dimensionamento: b) É indispensável que os perfis sejam do mesmo grupo de fabricação (dimensões semelhantes) para que não comprometa o procedimento e a qualidade das soldas.
10
50
ESCALA (mm)
HP 310 X 93
Estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade Detalhes da solda
DETALHE DA EMENDA DOS PERFIS
PERSPECTIVA
PLANTA SOLDA
SOLDA SOLDA DE TOPO
VISTA FRONTAL
CHAPA PROVENIENTE DA ABA
PERFIL METÁLICO
CHAPA PROVENIENTE DA ALMA
CHAPA PROVENIENTE DA ABA
CHAPA PROVENIENTE DA ABA PERFIL METÁLICO
ENCHIMENTO COM SOLDA CHAPA PROVENIENTE DA ALMA
CHAPA PROVENIENTE DA ALMA ENCHIMENTO COM SOLDA
Estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade Detalhes da solda
HP 310 X 93
HP 310 X 79
Estacas Metálicas com seção decrescente com a profundidade Critérios de dimensionamento: c) Carga Admissível à Compressão Nd = fyk x As* (NBR6122/96) 2 As -> Área de aço já descontada a espessura de 1,5mm devido a corrosão ( NBR-6122/96 - item 7.8.2.3.2)
Valor em discussão
Casos de obra Jaboat達o dos Guararapes-P.E., agosto-2005
Jaboatão dos Guararapes, 2005
Solução com estacas de seção variável = 1050 t de aço Solução com estacas de constante = 1170 t de aço
Economia de 120 t (10%)
Jaboatão dos Guararapes, 2005 PERFIL GEOTÉCNICO 0,0 ATERRO
5,6 TURFA
10,0 ARGILA MUITO MOLE C/ MAT. ORGÂNICA
18,0 AREIA COMPACTA
24,0
Jaboatão dos Guararapes, 2005 Cravação em andamento
Jaboatão dos Guararapes, 2005 Cravação
Jaboat達o dos Guararapes, 2005 Emenda dos perfis
Jaboat達o dos Guararapes, 2005 Emenda dos perfis
Casos de obra Santos –S.P, 2005 a 2007
PROVAS DE CARGA INSTRUMENTADAS
Santos, 2006 Características da obra “PRED” •Localização: Canal 6 –Santos –S.P.; •24 pavimentos; •Cargas nos pilares: corpo do prédio: 400 a 1500 tf periferia: de 50 a 150 tf •Soluções de Fundações estudadas: -Estacas escavadas de grande diâmetro -Estacas metálicas de seção constante -Estacas metálicas de seção decrescente
ECONOMIA EM PESO NO AÇO DE 12%
Santos, 2006Obra: “PRED” Projeto
CARGA MÁXIMA DE TRABALHO 247 tf
Santos, 2006 Obra “PRED” PERFIL GEOTÉCNICO LOCAL
RUA JOAQUIM MONTENEGRO - SANTOS -S.P.
PERFIL - SP03
HP 310x 93
DESCRICAÇÃO
AREIA FINA SILTOSA, POUCO A MEDIANAMENTE COMPACTA, CINZA SPTmedio 12
ARGILA MARINHA SILTOSA, MUITO MOLE, CINZA ESCURA SPTmedio 1,6 ARGILAS SFL (MASSAD, 1990)
HP 310x 79
HP 310x110
PROF.(M) SPT 01 15 2 14 3 6 4 5 5 6 6 15 7 17 8 19 9 13 10 1 11 1 12 1 13 1 14 1 15 1 16 1 17 1 18 1 19 2 20 1 21 2 22 2 23 2 24 2 25 2 26 2 27 2 28 2 29 2 30 2 31 2 32 2 33 2 34 2
35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60
2 2 2 3 4 4 4 22 42 29 28 5 6 56 6 7 7 49 60 53 43 30 30 8 11 16
ARGILA MARINHA ARENOSA, MOLE A MUITO MOLE, CINZA ESCURA SPTmedio 3 ARGILAS SFL (MASSAD, 1990)
AREIA FINA SILTOSA, COM DETRITOS VEGETAIS, COMPACTA, CINZA E MARROM SPTmedio 30 ARGILA MARINHA SILTOSA, PCO ARENOSA, MOLE Á MÉDIA, CINZA SPTmedio 6 AREIA FINA SILTOSA, COM DETRITOS ARGILA MARINHA SILTOSA, POUCO COM DETRITOS VEGETAIS,MEDIA, CINZA SPTmedio 7
AREIA FINA SILTOSA COMPACTA A MUITO COMPACTA, CINZA E MARROM SPTmedio 44 AREIA FINA SILTOSA POUCO ARGLOSA MEDIANAMENTE COMPACTA, CINZA SPTmedio 12
Santos, 2006 Obra: “Pred” Cravação em andamento
Santos, 2006 Obra: “Pred” Instalação dos Strain Gages
CABOS
STRAIN GAGES
Santos, 2006 Obra: “Pred” Instalação dos Strain Gages PROTETOR
TUBO DE AÇO GALVANIZADO PARA PASSAGEM DOS CABOS
PONTA DO PERFIL
P/ STRAIN GAGES
REDUTOR DE ATRITO
Santos, 2006Obra: “Pred” VISTA DO REDUTOR DE ATRITO REDUTOR DE ATRITO
STRAIN GAGES PROTEGIDOS
Santos, 2006Obra: “Pred” Instalação dos Strain Gages
FIXAÇÃO DOS TUBOS NO PERFIL
Santos, 2006 Obra: “Pred” RESULTADOS • OS TUBOS NÃO SUPORTARAM OS ESFORÇOS DE CRAVAÇÃO E ACABARAM DESPRENDENDO DO PERFIL; •OS STRAIN GAGES FORAM PERDIDOS; •A CRAVAÇÃO FOI EXTREMAMENTE DEMORADA, DIFICULTANDO TODO O PROCESSO E PERMITINDO A RECUPERAÇÃO (“SET-UP”); •A CARGA DE RUPTURA FOI SATISFATÓRIA, OBTENDO-SE UM COEFICIENTE DE SEGURANÇA DE 1,65 .
Santos, 2006 Obra: “Pred” SISTEMA DE REAÇÃO DA PROVA DE CARGA
Santos, 2006 Obra: “Pred” LEITURAS DE DESLOCAMENTO
Santos, 2006 Obra: “Pred” Curva - Carga x Recalque 0
50
Carga ( tf )
100
150
200
250
300
0 -10 -20 -30
Recalque ( mm )
-40 -50 -60
FS=1,65
Curva Ajustada"
-70 -80 -90 -100 -110 -120 -130
Não foi possível manter a carga
350
400
450
Santos, 2006 Obra: Conf Características: •Localização: entre Canais 2 e 3 –Santos –S.P.; •23 Pavimentos; •Cargas nos pilares: de 200 a 1500 tf •Soluções de Fundações estudadas: -Estacas escavadas de grande diâmetro -Estacas metálicas de seção constante -Estacas metálicas de seção decrescente
ECONOMIA EM PESO DO AÇO DE 14%
Santos, 2006Obra: “CONF” Características do Projeto
Santos, 2006Obra “CONF” – Perfil Geotécnico 99,00
0,0 COTA DE CRAVAÇÃO = (-1,45) SONDAGENS
AREIA FINA SILTOSA, MEDIANAMENTE COMPACTA A COMPACTA, CINZA 90,45 89,25
AREIA FINA SILTOSA, COM NÓDULOS DE ARGILA, FOFA A PCO COMPACTA, CINZA
1º ELEMENTO
0 10 9 26 32 19 19 13 10 14 5 4 2 2 2 2 3 2 50 34 58 44 17 3 3 3 4 3 3 3 3 3 4 5 5 5 6 5 5 6 5 6 5 6 5 6 5 12 16 19 9 15 16 29
W 310 X 97 Area Aço (cm²)= Area circunscrita (cm²)= Perimetro colado (cm)=
cotas 99,00
123,6 939,4 179
-13,0 (COTA 86,00) ARGILA MARINHA , PCO ARENOSA MUITO MOLE, CINZA ESCURA 82,25 AREIA FINA SILTOSA, MUITO COMPACTA A COMPACTA, CINZA 78,05
2º ELEMENTO
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53
HP 310 X 93 Area Aço (cm²)= 119,6 Area circunscrita (cm²)= 933,24 Perimetro colado (cm)= 178 ' 1º nível de Strain Gages (-20,5m) COTA 78,50
-25,0 (COTA 74,00) ARGILA MARINHA PCO ARENOSA COM NÓDULOS DE AREIA, MOLE, CINZA ESCURA
65,95 AREIA FINA SILTOSA, COM MICA, POUCO 64,15 COMPACTA, CINZA ESCURA
3º ELEMENTO
99,45 98,45 97,45 96,45 95,45 94,45 93,45 92,45 91,45 90,45 89,45 88,45 87,45 86,45 85,45 84,45 83,45 82,45 81,45 80,45 79,45 78,45 77,45 76,45 75,45 74,45 73,45 72,45 71,45 70,45 69,45 68,45 67,45 66,45 65,45 64,45 63,45 62,45 61,45 60,45 59,45 58,45 57,45 56,45 55,45 54,45 53,45 52,45 51,45 50,45 49,45 48,45 47,45
cota sondagem100,45 DESCRICAÇÃO
SPT
HP 310 X 79 Area Aço (cm²)= Area circunscrita (cm²)= Perimetro colado (cm)=
100 914,94 177,0
2º nível de Strain Gages (-34,0m), Cota 65,00
-37,0 (COTA 62,00) ARGILA MARINHA POUCO ARENOSA, MOLE CINZA ESCURA
53,55 52,80
AREIA FINA SILTOSA, COM MICA, POUCO
AREIA FINA E MÉDIA SILTOSA, COM MICA, POUCO ARGILOSA, C/ PEDREGULHOD FINOS, MEDIANAMENTE COMPACTA, CINZA 46,96
4º ELEMENTO
COTA PROF.(M)
HP 310 X 79 Area Aço (cm²)= Area circunscrita (cm²)= Perimetro colado (cm)=
100 914,94 177,0
3º nível de Strain Gages (-48,0m) Cota 51,0 -49,0 (COTA 50,00)
Santos, 2006 Obra: “Conf” Instalação dos Strain Gages
CABOS
CHAPA DE PROTEÇÃO
CHAPA DE PROTEÇÃO CABOS STRAIN GAGES
STRAIN GAGES
CABOS CHAPA DE PROTEÇÃO
Santos, 2006 Obra: “Conf” Detalhe da Cantoneira
Santos, 2006 Obra: “Conf” Detalhe da Cantoneira
Santos, 2006 Obra: “Conf” Problemas durante a solda
Santos, 2006 Obra: “Conf” Problemas durante a solda
Santos, 2006 Obra: “Conf” Instalação dos Strain Gages
Instalação dos Strain Gages
1
3
2
4
Instalação dos Strain Gages
5 6 7
Cravação
FINAL DO 1° ELEMENTO
INICIO
1ª EMENDA
Cravação - Execução das soldas
EXECUÇÃO DAS SOLDAS
CABOS PROTEGIDOS
CANTONEIRA VISTA DO PERFIL CRAVADO
Cravação - Execução das soldas
2° 1°
RESFRIAMENTO DURANTE A SOLDA SOLDA DAS CANTONEIRAS
GRÁFICO DE CRAVAÇÃO
Cravação - Resultados Nº DE GOLP ES
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
• A estaca atingiu o comprimento previsto de 49,0m • Nega ao final da cravação = 69mm; repique elástico = 18 mm (peso do martelo = 5500 kg e altura de queda de 60 cm) P R O F .(m )
• O gráfico de cravação apresentou coerência com a sondagem mas próxima • Os instrumentos foram instalados com sucesso nas profundidades previstas
Nº DE GOLPES
SPT
Prova de carga • Executada 14 dias após a cravação
CORTE 1-1 D
VIGA METÁLICA PERFIL DUPLO W 610 X 155
A
VIGA METÁLICA DUPLO W 610X174
C
ESTACA ENSAIADA E
B
NÍVEL DO TERRENO
VIGA DE REFERÊNCIA
ESTACA DE REAÇÃO
1
CALÇO MACACO
ESTACA DE REAÇÃO
MACACO HIDRÁULICO EXTENSÔMETRO
ESTACA ENSAIADA
Prova de carga
• Vista do sistema de reação
Prova de carga • Carregamento rápido com incrementos equivalentes a 10% da carga de trabalho (205 tf) • Leituras de deslocamentos no topo da estaca com 6 defletômetros mecânicos ( 4 para deslocamentos verticais e 2 para deslocamentos horizontais)
Deslocamentos horizontais
Deslocamentos verticais
Instrumentação
P
CX SELETORA
C AB O S DEFORMAÇÃO ESPECIFICA
PAINEL
E , As
DIGITAL
σ,F
S TR AIN GAGES
Prova de carga
PAINEL DIGITAL E CAIXA SELETORA
Resultados Obtidos Prova de carga Prova de Carga - Carregamento Rรกpido Local: - Santos - S.P. Data: 08/12/2006
0
50
100
CARGA (tf) 150 200
250
300
350
0 5 10
RECALQUE (mm)
15 20 25 30 35
FS=1,7
40 45 50 55 60
Dez/2006
Resultados Obtidos Prova de carga Prova de Carga - Tensões Calculadas no Aço Obra/Local: Santos - S.P. Data: 08/12/2006
3
349; 2,82
2,8
328; 2,65
2,6
TOPO DA ESTACA
308; 2,49 2,4
287; 2,32
Tensão ( tf/cm2 )
2,2
267; 2,16
2
246; 1,99 226; 1,83
1,8
205; 1,66
1,6
1,32 1,19
144; 1,17
1
62; 0,50 0,4
41; 0,33
0,2
0,32 0,3
0
0,00 0 0
0,1 0,01 0 50
48,0 m
0,03 0,06 0 100
0,78 0,67 0,56
0,5
0,46
0,4
0,35 0,26
0,2 0,11 0,1
34,0 m
34,0m
0,93
0,69 0,68
82; 0,66
0,6
0,94
0,9 0,8
103; 0,83
0,8
1,32
1,1
1,07
123; 1,00
1,21 1,25 1,29 1,24
20,5m
1,48
164; 1,33
1,2
1,82
1,63
185; 1,50 1,4
1,81 1,71 1,75 1,75
0,16 0,01
0,01 0,02
0,03 0,04
150
200
Carga ( tf )
20,5 m
0,05
0,06 0,07 250
0,1
0,13
0,17
0,21
48,0m 300
350
Tensão Cabeça Estaca
49,0m
Prova de Carga Resultados Obtidos DISTRIBUIÇÃO DE CARGAS x PROFUNDIDADE 0
50
100
150
82
0
200
250
164
300 267
-5
PROFUNDIDADE (m)
-10 -15 -20
36,5
98,3
181,3
219
-25
CARGA
-30
DE
-35
7,6
43,2
111,2
152,3
RUPTURA
-40 -45 -50
0,3 2,1 7,4
19,1 CARGA (tf)
82 tf
164 tf
267 tf
349 tf(ruptura)
Desc.
350
349
Resultados Obtidos
ATRITO LATERAL ACUMULADO (tf) CARGA (tf) 0
100
200
400
500
266 245
-20,5 PROFUNDIDADE (m)
300
342 130 291 301
-34,0
396 196,7 363 390
-48,0
508 329,9
Aoki
Decourt
P.P. Veloso
Prova de carga
600
Método proposto para cálculo de capacidade de carga •Baseado no diagrama de transferência de carga obtido Curva - Carga x Recalque
Recalque ( mm )
•Resultados de 5 outras provas de carga com Carga ( tf ) características semelhantes 0 50 100 150 200 250 300 350 400 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -100 -110 -120 -130 -140 -150
450
•No conhecimento atual da influência da formação geológica nas propriedades geotécnicas das argilas da Baixada Santista (Massad e Teixeira, 1988, 1990 e 2003)
Método de cálculo proposto para estacas metálicas profundas na cidade de Santos Lau
PRED
CONF
EC
ESTR
BES
Método Proposto a) Carga de Ruptura total (PR)
PR = PP + PL
PL = U × ∑ (L × fs )
U......Perímetro colado da estaca [m] L.......Espessura da camada [m] fs.....adesão [tf/m²]
AREIAS ARGILAS MARINHAS SPT médio < 2 2 tf/m²
fs = 0,21 × N
[tf/m²]
2 < SPT médio < 4 3 tf/m² 4 < SPT médio < 6 6 tf/m²
média dos N SPT´s das camadas de areia
Método Proposto
PR = PP + PL
PP = Acirc × k
Varia em função do SPT do solo 10 < N < 30 200 < k < 400 tf/m² 40 < N < 60 1000 < k < 4000 tf/m², Onde N = média dos N SPTs na ponta e 1,0m abaixo
Prova de carga Resultados Obtidos Desenvolvimento do atrito lateral x Profundidade
500
450
400
350
300
250
200
-5
150
100
0
50
0
0
AREIA SPT MÉDIO = 15,1
PROFUNDIDADE (m)
-10 ARGILA MARINHA SPT MÉDIO = 2,0
-15 -20
130
-25
ARGILA MARINHA SPT MÉDIO = 3,8
AREIA SPT MÉDIO = 38,2
-30 AREIA SPTM = 5,5
-35 -40
196,7 ARGILA MARINHA SPT MÉDIO = 5,5
-45 AREIA SPT MÉDIO = 15,7
329,9
-50 Carga - Atrito lateral (kN) Cargas medidas Cargas medidas (tf)(tf)
Aoki - VelosoDecourt-Quaresma Decourt-Quaresma Aoki - Veloso P. PauloVeloso
P. Método PauloVeloso proposto
0
50
Rua Bahia - Canal 2 - Santos Curva - Carga x Recalque 100 150 200 250
300
350
400
450
0
Recalque ( mm )
-10 -20 -30 -40 -50 -60 -70
Março/2007
-80
Carga de trabalho = 232 tf Carga de ruptura = 390 tf
Método proposto PL=365 tf; PP=35 tf PR = 400 tf
OBRIGADO!!!!
Frederico Falconi fred@zaclisfalconi.com.br Wanderley Perez Jr. wanderley@zaclisfalconi.com.br