Fundacoes Profundas

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    03-Jul-2015

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<p>UNIVERSIDADE TCNICA DE LISBOA INSTITUTO SUPERIOR TCNICO</p> <p>Caracterizao tcnico-econmica dos diferentes tipos de fundaes profundas</p> <p>Ruben Filipe Frango Francisco</p> <p>Dissertao para obteno do Grau de Mestre em</p> <p>Engenharia Civil</p> <p>JriPresidente: Professor Jorge de Brito Orientador: Professor Pedro Gameiro Henriques Vogal: Professor Alexandre Pinto</p> <p>Setembro 2007</p> <p>Agradecimentos</p> <p>S foi possvel desenvolver este trabalho graas ao apoio e colaborao de diversas pessoas e entidades, a quem desejo expressar o meu sincero agradecimento:</p> <p>Ao meu orientador, Professor Pedro Gameiro Henriques, pela ajuda que me prestou, atravs dos seus ensinamentos, incentivos e entusiasmo, que se traduziram muitas vezes no sacrifcio do seu tempo livre.</p> <p>Ao Professor Alexandre Pinto, pela amizade, pela inesgotvel pacincia e por todas as ideias e esclarecimentos que, de forma mpar, contriburam para um enriquecimento desta dissertao.</p> <p>Ao Professor Jaime Santos, pela disponibilidade e pelos conselhos que se revelaram preciosos para a concluso deste trabalho.</p> <p> RODIO, nomeadamente ao Eng Nicolas Kaidussis e ao Eng Pedro Gregrio, pela simpatia e pelos dados fornecidos, sem os quais esta dissertao perderia muito do seu valor cientifico.</p> <p>Finalmente, aos meus amigos e familiares, pela pacincia e entusiasmo, indispensveis ao longo de todo este processo; ao Patrcio, ao Pedro e ao meu primo Gonalo, pela precisa colaborao e ao Cunha pelas longas horas de companhia e boa disposio; minha irm Sofia pelo enorme incentivo e preocupao; minha tia Helena por toda a ajuda e por ser o exemplo que , fonte de inspirao.</p> <p>II</p> <p>Em memria da minha me</p> <p>III</p> <p>Resumo</p> <p>As solues de fundaes podem ser divididas em trs grupos: superficiais ou directas, semiprofundas ou semi-directas e profundas ou indirectas.</p> <p>O que determina a classificao dos vrios tipos de fundao a relao entre a sua profundidade e o seu dimetro. Diz-se que uma fundao est: no primeiro grupo quando a sua relao inferior a 4; no segundo grupo quando tem um valor entre 4 e 10; e no terceiro grupo quando superior a 10.</p> <p>O objectivo principal das fundaes indirectas a transmisso das cargas estruturais para um estrato firme localizado a uma dada profundidade. A utilizao deste tipo de fundao deve efectuar-se quando o solo sob a estrutura: no apresenta capacidade resistente para acomodar fundaes superficiais; muito compressvel (assentamentos); a compressibilidade e/ou a distribuio de cargas varivel (assentamentos diferenciais). Quando necessrio resistir a foras horizontais e/ou traces verticais ou mesmo quando a escavao necessria para atingir o estrato firme no economicamente vivel, as fundaes profundas tambm surgem como soluo.</p> <p>Como principais exemplos de tipos de fundao de cada um dos grupos atrs enunciados, temos para as superficiais as sapatas ou os ensoleiramentos, para as semi-profundas temos os peges e para as profundas temos as estacas.</p> <p>Esta dissertao incide apenas sobre os ltimos dois grupos de fundaes referidos, as semiprofundas e as profundas, tendo como principais objectos de estudo, 4 tipos de soluo: poos ou peges, barretas, micro-estacas e estacas. Em termos gerais, as estacas e as barretas so para grandes profundidades (h/d &gt; 10), peges so para pequenas profundidades (h/d &gt; 4) e as micro-estacas funcionam por atrito lateral, ou seja, no absolutamente necessrio encontrar solo firme, tornando-se assim na soluo que apresenta maior versatilidade.</p> <p>Palavras chaveFundaes semi-directas, fundaes profundas ou indirectas, peges, barretas, micro-estacas, estacas</p> <p>IV</p> <p>AbstractThe solutions for foundations can be distinguished between three main groups: shallow (or direct), semi-deep and deep. What determines this distinction is the relationship between the foundations depth and its diameter. Objectively, one says the foundation is: in the first group if the relation is inferior to 4; in the second group if between 4 and 10; and in the third if greater than 10.</p> <p>The main goal of deep foundations is to assure the transmission of the structural weights and loads to a firm platform at a given depth. This type of foundation must be used only when the soil underneath the structure: does not reveal enough resistive capacity to accommodate shallow foundations; is very compressible (settlement); and if the compressibility and/or the weight distribution is variable (differential settlement). If there is a need to resist to horizontal forces and/or vertical tractions and even when the necessary excavation to reach the firm platform is not economically viable, the deep foundations solution can also be employed.</p> <p>As main examples of the types of foundations previously announced, one has, for the shallow kind, the spread footings or the mat foundations, for the semi-direct the piers and for the indirect the piles. This thesis is mainly focused, however, on the last two of the three abovementioned foundation types: the deep and the semi-depp, being the main study objects 4 types of implementations: piers, barretes, micro-piles and piles.</p> <p>In general terms, the piles and barrets are used for greater depths (more than 8 meters), piers for smaller depths (less than 6 meters) and micro-piles work through lateral attrition therefore not needing firm ground to support on and thus being the most versatile solution.</p> <p>Key-wordsSemi-deep foundations, deep foundations, piers, barretes, micro-piles, piles</p> <p>V</p> <p>ndice GeralIntroduo1</p> <p>Capitulo I Tipos de fundaes profundas1) Poos ou peges.................................................................................................. 2) Barretas. 3) Micro-estacas... 4) Estacas 4.1) Classificao de estacas4.1.1) Comportamento e modo de funcionamento</p> <p>2 4 5 7 8 8</p> <p>4.1.2) Processo de execuo 10 4.1.3) Efeito que provocam no solo envolvente 10</p> <p>5) Jet Grouting.. 10 5.1) Generalidades.. 105.1.1) Tipos de tecnologia de Jet Grouting 11 5.1.2) Formas dos corpos mais correntes. 11 5.1.3) Soluo com coliso de jactos. 12 5.1.4) Efeitos indesejveis do Jet Grouting: como evit-los.. 12</p> <p>5.2) Campo de aplicao. 13 5.3) Aspectos a considerar numa obra de Jet Grouting. 145.3.1) Campanha de prospeco geotcnica. 14 5.3.2) Projecto de execuo.. 14 5.3.3) Determinao dos parmetros executivos.. 14 5.3.4) Testes preliminares.. 14 5.3.5) Campo de provas. 14 5.3.6) Controlo de execuo.. 14</p> <p>5.4) Relao custo dimetro 15 5.5) Jet Grouting como elemento de fundao.. 15 5.6) Comparaes: Jet Grouting, Micro-estacas e Estacas. 165.6.1) Jet Grouting vs Micro-estacas...................................................................... 16 5.6.2) Jet Grouting vs Estacas............................................................................... 16 5.6.3) Micro-estacas vs Estacas. 16</p> <p>Capitulo II Processos Construtivos1) Peges.................................................................................................................... 17</p> <p>VI</p> <p>1.1) Primeiros mtodos. 171.1.1) Mtodo de Chicago......... 17 1.1.2) Mtodo de Gow 18</p> <p>1.2) Mtodos actuais. 191.2.1) Peges com perfurao rotao.. 19 1.2.2) Peges pneumticos (havage).. 20 1.2.3) Construo de caixes..</p> <p>20</p> <p>2) Barretas.................................................................................................................. 21 2.1) Construo de barretas no integradas em paredes moldadas 21 2.2) Construo de barretas no prolongamento de paredes moldadas 22 2.2) Cuidados e particularidades no processo de execuo.. 22 3) Micro-estacas........................................................................................................ 22 3.1) Fases de execuo.. 22 3.2) Perfurao. 24 3.3) Colocao da armadura.. 25 3.4) Injeco da argamassa....... 25 3.5) Controlo de integridade 26 4) Estacas................................................................................................................... 26 4.1) Estacas de beto pr-fabricadas (cravadas). 27 4.2) Estacas executadas com trado contnuo.. 27 4.3) Estacas executadas com tubo moldador recupervel.. 28 4.4) Estacas executadas com lamas bentonticas 29 4.5) Estacas executadas com trado curto sem tubo moldador30 4.6) Estacas executadas com tubo moldador perdido. 30 4.7) Estacas executadas sem extraco do terreno. 31</p> <p>Capitulo III Consideraes sobre o dimensionamento1) Peges.................................................................................................................... 33 2) Barretas.. 35 3) Micro-estacas 37 3.1) Mtodo penetromtrico-experimental. 373.1.1) Resistncia de ponta 38 3.1.2) Resistncia por atrito lateral. 38</p> <p>3.2) Mtodo de Bustamante 41 4) Estacas 43 4.1) Cargas actuantes.. 434.1.1) Carga proveniente da superestrutura.. 43VII</p> <p>4.1.2) Carga proveniente do terreno.. 44</p> <p>4.2) Pr-dimensionamento.. 45 4.3) Capacidade de carga 47 4.4) Dimensionamento. 49 4.5) Verificao de segurana. 514.5.1) Estados Limites ltimos... 51 4.5.2) Estados Limites de Utilizao.. 51</p> <p>Capitulo IV Relao tcnica e econmica das fundaes profundas com os diversos tipos de obras e solos1) Generalidades.. 53 2) Campos de aplicao das diversas fundaes profundas. 54 2.1) Poos ou peges. 542.2.1) Outras aplicaes dos poos.. 55 2.2.1.1) Reforo de fundaes atravs de recalces. 55 2.2.1.1.1) Reforo sem aprofundamento. 55 2.2.1.1.2) Reforo com aprofundamento. 56 2.2.1.2) Contenes perifricas com poos. 56</p> <p>2.2) Barretas. 57 2.3) Micro-estacas 58 2.4) Estacas.. 592.4.1) Principais consideraes.. 60 2.4.2) Critrios de seleco 60 2.4.3) Mtodos mais frequentes. 61</p> <p>3) Influncia dos solos nas fundaes.. 63 3.1) Influncia de vrios tipos de solos nas fundaes. 63 3.2) Influncia da distribuio das camadas de solos num terreno nas fundaes.. 64 4) Influncia do valor e da distribuio das cargas actuantes 67 5) Outros factores que influenciam as fundaes e anlise de custos 70</p> <p>Capitulo V Fundaes mais utilizadas em Portugal e o seu futuro1) Solos em Portugal e tecnologia disponvel.. 73 2) Realidade econmica. 75</p> <p>Consideraes finais.. 77</p> <p>VIII</p> <p>Referncias Bibliogrficas 79</p> <p>Anexo I Classificao de micro-estacas. 81 Anexo II Ensaios escala real a estacas 83 Anexo III Verificaes de segurana em estacas 86 Anexo IV Dimenses e armadura em estacas e macios de encabeamento 87 Anexo V Dimensionamento de estacas atravs do mtodo da consola equivalente 89 Anexo VI Tabelas e bacos para determinao de armadura longitudinal em estacas 90 Anexo VII Pormenorizaes tipo de armaduras em macios de encabeamento.. 94 Anexo VIII Preos, em mdia, dos processos associados execuo de alguns dos tipos de fundao referidos.. 96 Anexo IX Dados de mercado de empresas de geotecnia portuguesas, alems e francesas 97</p> <p>IX</p> <p>ndice de FigurasFigura 1.1 Seces usuais em peges2 Figura 1.2 Exemplo da utilizao de peges (caixes) na Ponte 25 de Abril em Lisboa3 Figura 1.3 Exemplos de seces transversais de barretas ( esquerda) e barreta na continuao de um pilar ( direita)...5 Figura 1.4 Exemplo de utilizao de micro-estacas sob macio de fundao.6 Figura 1.5 Recurso a micro-estacas como elementos de fundao em elementos de grandes dimenses..6 Figura 1.6 Em cima: utilizao de estacas na continuao de uma sapata; em baixo: esquema de vrios mtodos para construir estacas.7 Figura 1.7 Estacas de ponta.8 Figura 1.8 Estacas de ponta e atrito lateral9 Figura 1.9 Estacas flutuantes9 Figura 1.10 Classificao das estacas quanto ao processo de execuo10 Figura 1.11 Tipos de Jet Grouting...11 Figuras 1.12 e 1.13 Formas correntes de corpos de Jet Grouting.11 Figura 1.14 Coliso de jactos em Jet Grouting (em cima); Incremento da rea do corpo formado pelo Jet Grouting devido ao impacto dos jactos..12 Figura 1.15 Efeito Sombra.12 Figura 1.16 Campos de aplicao de tratamentos de solos13 Figura 1.17 Exemplos de aplicaes do Jet Grouting..13 Figura 1.18 Relao custo / dimetro da coluna de Jet Grouting..15 Figura 1.19 Tenso tangencial coluna / solos cs : bacos orientativos..15 Figura 2.1 Construo de poos atravs do mtodo de Chicago...18 Figura 2.2 Construo atravs do mtodo de Gow...19 Figura 2.3 Exemplos de plantas de caixes...21 Figura 2.4 Mquina de execuo de barretas..21 Figura 2.5 Processo de execuo de barretas..21 Figura 2.6 Seco transversal de uma micro-estaca realizada em solo incoerente..23 Figura 2.7 Mquina perfuradora de rotao ( esquerda) e mquina de roto percusso ( direita)..24 Figura 2.8 Esquema do processo construtivo de micro-estacas25 Figura 2.9 Mquina de ultra-sons que permite averiguar a eventual existncia de falhas ou vazios no interior das micro-estacas26 Figura 2.10 Efeito da cravao da estaca no solo ( esquerda); Mquina bate estacas ( direita)..27 Figura 2.11 Em cima: equipamento de furaco; em baixo: representao esquemtica da execuo de estacas por trado contnuo...28 Figura 2.12 Esquema de execuo de estacas com tubo moldador recupervel</p> <p>X</p> <p>(uma das variantes do sistema Franki)29 Figura 2.13 Esquema da execuo de estacas com recurso a trado curto sem tubo moldador.30 Figura 2.14 Metodologia de execuo de estacas moldadas com tubo perdido.31 Figura 2.15 Estaca executada sem extraco do terreno (variante do sistema Franki).32 Figura 3.1 Comportamento dos peges perante diferentes tipos de solo.33 Figura 3.2 Forma como os peges resistem a aces horizontais vindas da superestrutura.34 Figura 3.3 Capacidade resistente compresso de barretas (Mtodo de Ferrandi).35 Figura 3.4 Correlao entre o atrito lateral numa micro-estaca e o resultado N do ensaio SPT em funo do sistema de injeco (vlido para argila e silte)..42 Figura 3.5 Cargas actuantes em macio de encabeamento de uma estaca.43 Figura 3.6 Cargas actuantes em macio de encabeamento de duas estacas..43 Figura 3.7 Esquema sobre o centro de massa de um macio de encabeamento de n estacas para auxlio de clculo das cargas provenientes da superestrutura..44 Figura 3.8 Movimentos horizontais de solos compressveis44 Figura 3.9 Consolidao de solos compressveis.44 Figura 3.10 Expanso volumtrica de solos..44 Figura 3..11 Superfcies de rotura provocadas pela traco, compresso e flexo das estacas.45 Figura 3.12 Comprimento de estacas e dimenses dos encastramentos mnimos em solos ou no bed-rock.45 Figura 3.13 Regras de pr-dimensionamento em macios de encabeamento de estacas..46 Figura 3.14 Esquema de viga simplesmente apoiada para pr-dimensionamento de estacas.............................................................................................................46 Figura 3.15 Esquema de seco transversal de viga para pr-dimensionamento de estacas46 Figura 3.16 Corte transversal em estaca com esquema de foras actuantes.46 Figura 3.17 Ensaio a estaca escala real em laboratrio..47 Figura 3.18 Ensaio de carga tipo esttico/dinmico escala real.47 Figura 3.19 Esquema para determinao de resistncia de ponta numa estaca48 Figura 3.20 Esquema para determinao de resistncia lateral numa estaca48 Figura 3.21 Mtodo do laboratrio de Delft para determinao da capacidade de carga de estacas..48 Figura 3.22 Exemplo de modelo de clculo para dim...</p>