UNIVERSIDADE: _____________________
Curso: _____________________________
Fundações Profundas:
“Tubulões”
Aluno:
_____________________________
Professor:
Disciplina:
Professor Douglas Constancio
Fundações I
Data:
Americana, abril de 2004.
RA: __________
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio
1
Fundações Profundas:
“Tubulões”
A altura H (embutimento) Æ mínimo
recomendado por norma = 4 m
1- Tipos de tubulões:
A - A Céu aberto:
- sem escoramento;
- com escoramento.
B – Pneumático:
- Com revestimento metálico;
- Com revestimento de concreto.
2- Métodos de perfuração
- Manual (sarrilho + balde + pá + picareta);
- mecânico (perfuratriz).
Obs: A abertura mecanizada só do fuste, pois a base deverá ser feita manualmente.
3- Detalhe genérico do tubulão:
Onde:
B
F
Vista em planta:
F = Diâmetro do fuste
B = Diâmetro da base
H = Altura da base
Va = Volume de Alargamento
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2
Vista em corte:
F
Armadura de coroamento
Concreto
H
Va
°
60
Rodapé = 0,1 a 0,2 m
B
4- Tipos principais:
A – Tubulão a céu aberto:
A.1 – Sem escoramento:
Nada mais é do que um poço onde na cota de apoio, cria-se uma base e posteriormente
a sua abertura, concreta-se o conjunto, constituído de fuste, base e armadura de
coroamento.
Características gerais:
- Escavado manualmente;
- φ mínimo do fuste para escavação manual = 0,70 m;
- Ângulo de 60º é suficiente para que não tenha necessidade de colocação de armadura
na base;
- Só para receber esforços verticais;
- Executado somente acima do lençol freático (N.A.);
- Executado em solos coesivos;
- Concreto utilizado pode ser o ciclópico.
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3
A.2 – Com escoramento:
1,5 a 2,0 m
A.2.1 – Tipo Chicago:
Anéis metálicos
Pranchas
de
madeira
(sarrafos)
Diâmetro
do
fuste
Prancha
de
madeira
(sarrafos)
Anel
Metálico
Características gerais:
- Escoramento das paredes do fuste é feito com madeira preso por anéis metálicos;
- Elementos de escoramento podem ou não ser recuperados durante a concretagem;
- Elementos de escoramento, são utilizados em trechos onde o solo é de baixa
consistência;
- Só para receber esforços verticais;
- Executado somente acima do lençol freático (N.A.);
- Concreto utilizado pode ser o ciclópico.
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A.2.2 – Tipo Gow:
2,0 m
Anéis metálicos
(Telescópicos)
1/2"
Ø Mín = 0,8 m
Características gerais:
- Escoramentos laterais da parede do fuste, são executados com anéis metálicos
telescópicos, cravados por percussão;
- Elementos de escoramento são recuperados durante a concretagem;
- Só para receber esforços verticais;
- Executado somente acima do lençol freático (N.A.);
- Concreto utilizado pode ser o ciclópico.
Nota importante:
Os tubulões a céu aberto são considerados o tipo de fundação mais barata, dentro das
fundações profundas.
B – Tubulão pneumático:
Generalidades:
- As cotas de apoio das bases dos tubulões, são executadas abaixo do lençol freático.
(N.A.);
- As condições de trabalho normais para elemento humano e de 3 atm (30 m.c.a);
- Rebaixamento do N.A. é feito sob pressão, com auxílio de ar comprimido.
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5
- Revestimento das paredes do fuste pode ser feito com anéis de concreto ou anéis
metálicos.
B.1 – Tipo Benoto:
- Executado com cravação mecânica de tubo metálico de espessura ¼”;
- Diâmetro do tubo é igual ao diâmetro do fuste;
- concreto utilizado pode ser o ciclópico e o utilizado para a concretagem do fuste pode
ter um fck = 9,5 MPa (95 kgf / cm2), pois o tubo metálico de aço é considerado como
um reforço para os esforços de compressão.
- Escavação após a cravação do tubo é feita manualmente.
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6
Treliça para coloção da
campânula e do tubo
metálico
Peso
Cinta metálica
Tubo metálico
Solda para emenda
Rotação
Máquina Benoto
Braço
Peso
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B.2 – Tipo Pneumático: (anel de concreto)
Características gerais:
- Revestimento das paredes laterais do fuste é feito com anéis de concreto com diâmetro
externo igual ao diâmetro do fuste.
- Os anéis de concreto, movem-se verticalmente pelo peso próprio;
- Escavação é feita manualmente;
- As escavações feitas abaixo do N.A. são feitas manualmente com o auxílio de uma
campânula;
- O diâmetro interno ≥ 0,70 m (diâmetro do fuste).
Detalhe construtivo:
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Campânula
Ar
Comprimido
2,0 a 3,0 m
Anel
de
Concreto
N.A.
Detalhe construtivo da campânula de compressão:
Cachimbo
de
armadura
Porta
Cachimbo
de
Concretagem
Cachimbo para
retirada de solo
Ar
Comprimido
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Considerações da NB – 51/78: (recomendações)
1- Os centros de gravidade da área do fuste e da base devem coincidir com o ponto de
aplicação da carga do pilar, (exceto em pilar de divisa), e em qualquer caso os
centros de gravidade da área da base e do fuste devem coincidir.
2- No caso de tubulão sem revestimento, o coeficiente de minoração da resistência do
concreto γc deve ser tomado igual a 1,6 tendo em vista as condições de
concretagem, com revestimento γc = 1,5.
3- Desde que a base esteja embutida em material idêntico ao do apoio, num mínimo de
20 cm, o ângulo α pode ser adotado igual a 60º independente da pressão admitida de
armadura de base.
4- A altura do alargamento da base (H) não deve ser superior a 2,0 m, a não ser em
casos plenamente justificados.
5- O peso próprio do tubulão não é considerado nos cálculos, pois na fixação da tensão
admissível do solo, na cota de apoio, supõe-se a resistência lateral ao longo do fuste
igual ao peso próprio do tubulão.
A- Pilar isolado
Pilar
Bloco de
transição
F
H
Va
°
60
0,2 m (Rodapé)
B
Vista em planta:
B
F
Onde:
F = Diâmetro do fuste = Diâmetro
B = Diâmetro da base = Diâmetro
H = Altura da base
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O fuste deve ser dimensionado com pilar, ou seja, peça estrutural de concreto submetida
a uma compressão.
Æ Adota-se coeficiente de majoração de carga γf = 1,4.
Æ Adota-se coeficiente de minoração de resistência do concreto (γc).
Sem revestimento: γc = 1,6
Com revestimento: γc = 1,5
Æ Multiplica-se a resistência característica do concreto pelo coeficiente de 0,85 para
levar em conta a diferença entre resultados de ensaios rápidos de laboratório e a
resistência do concreto sob a ação de cargas de longa duração.
F=
4 × (1,4 × P)
= Diâmetro do fuste
fck
π × 0,85 ×
γC
Æ A base é calculada para que não ultrapasse a tensão admissível do solo na cota de
apoio do tubulão.
B=
4× P
= Diâmetro da base
π ×σ S
Æ A altura H do alargamento é função da inclinação α que por sua vez deve ser tal que
não haja necessidade de introdução de ferragem na base.
H=
B−F
× tgα = Altura da base; onde α = 60º
2
Exemplo nº 01:
Dimensionar um tubulão para uma carga P = 255 t, com um concreto 100 kgf / cm2 e
um solo com σs = 50 tf / m2 na cota de apoio da base, sendo um pilar isolado, admitir
tubulão com revestimento.
F=
B=
4 × (1,4 × P)
4 × (1,4 × 255)
=
= 0,89 ∴ 0,90m
fck
1000
π × 0,85 ×
π × 0,85 ×
γC
1,5
4× P
=
π ×σ S
4 × 225
= 2,54m ∴ 2,55m
π × 50
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11
H=
B−F
2,55 − 0,90
2,55 − 0,90
× tgα =
× tg 60º =
× 1,73 = 1,42m ∴1,45m
2
2
2
F = 0,90 m
H= 1,45 m
B = 2,55 m
F = 0,90 m
B=2,55m
0,20 m
Onde:
F = 0,90 m
B = 2,55 m
H = 1,45 m
3
VB = 4,16m
Como calcular o volume para a base circular (VB):
r
V1 =
h
R
ho
π ×h
3
× (R 2 + r 2 + R × r)
V2 = π × R 2 × h0
VTOTAL = V1 + V2 = VB
H = h + ho; onde h0 = altura do rodapé
R
r
V1
V2
Base do tipo comum circular
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Exemplo nº 02:
Pilar isolado
Seção de 0,80 X 0,60 m
Carga P = 840 tf
fck do concreto = 95 kgf / cm2 = 9,5 MPa = 950 tf / m2
σs = 6,0 kgf/cm2
Admitir tubulão a céu aberto sem revestimento.
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B- Pilar de divisa (alavancado)
Æ Não se executa tubulão com base circular, porque a excentricidade da peça seria
muito grande.
Æ Usamos alargamento da base na forma de falsa elipse:
1 retângulo
2 semicírculos
Æ Viga alavanca ou de equilíbrio
Æ A distância do centro do fuste a base da divisa, “a”, deve se situar no intervalo de:
1,2 a 1,5 m
Æ Uma vez escolhido o valor de “a” a excentricidade esta definida:
e = a − 2,5 cm −
ba
2
R1 =
Onde: ba = menor dimensão do pilar / 2,5 cm = folga
P1 × l
l −e
R2 = P2 −
ΔP
2
Onde : ΔP = R1 − P1
Æ A falsa elipse, composta de um retângulo e dois semicírculos, é calculada de tal
forma que a área total, “A”, transmita carga para o solo, em função de sua pressão
admissível, assim, conhecendo-se esta área “A”, calcula-se o disparo “X”.
A=
R1
σS
A=
π × B2
4
+ B× X
X =
A π
− ×B
B 4
Onde B ≅ 2a (Por causa das limitações de espaço)
Æ A altura deve ser calculada de tal forma que na maior dimensão seja respeitado o
ângulo de 60º com a horizontal.
H=
B+ X −F
× tg 60º
2
Æ Deve-se limitar o disparo “X” no máximo ao diâmetro dos semicírculos:
X ≤B
Æ Os centros de gravidade das áreas do fuste e da base devem estar sobre o eixo da
viga alavanca.
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Observar a ilustração com muita atenção!
a
e
X
f
Esquema Estático :
P2
DIVISA
P1
l
P1
P2
R1
R2
e
R1
R2
l
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Exemplo nº 03:
Dados
Pilar de divisa:
fck do concreto = 100 kgf / cm2 = 10 MPa = 1000 tf / m2
σs = 6,0 kgf/cm2
Admitir tubulão a céu aberto sem revestimento.
2,5 cm (folga)
6,00
1,0
Divisa
P2 = 430 tf
0,50
1,0
P1 = 325 tf
0,60
Dimensionamento do P1:
a = 1,20 m (adotado) (de 1,2 a 1,5 m)
e = a – 2,5 cm – ba / 2 (ba: menor dimensão do pilar)
e = 1,20 – 0,025 – 0,50 / 2 = 0,925 m
R1 =
P1 × l
325 × 6
1950
=
=
= 384,23tf
l − e 6 − 0,925 5,075
A=
R1
σS
=
384,23
= 6,40m 2
60
B = 2 × a = 2 × 1,20m = 2,40m
X =
A π
6,40 π
− ×B =
− × 2,40 = 0,77 ∴ 0,80m
B 4
2,40 4
Mas, X ≤ B.
Portanto OK!
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F=
4 × (1,4 × P)
=
fck
π × 0,85 ×
γC
B+ X −F
2,40 + 0,80 − 1,15
× tgα =
× tg 60º = 1,77 ∴1,80m
2
2
X = 0,80 m
F = 1,15 m
H=
4 × (1,4 × 384,23)
= 1,13 ∴1,15m (neste caso : P = R1 )
1000
π × 0,85 ×
1,6
VB = 6,55m3
B = 2,40 m
Dimensionamento do P2:
R2 = P2 −
F=
ΔP
(384,23 − 325)
= 430 −
= 400,38tf
2
2
4 × (1,4 × P)
=
fck
π × 0,85 ×
γC
B=
H=
4× P
=
π ×σ S
4 × (1,4 × 400,38)
2242,12
=
= 1,15m
1000
1668,12
π × 0,85 ×
1,6
4 × 400,38
= 2,91m ∴ 2,95m
π × 60
B−F
2,95 − 1,15
2,95 − 1,15
× tgα =
× tg 60º =
× 1,73 = 1,55m
2
2
2
B = 2,95 m
F = 1,15 m
V1 =
π ×h
× (R 2 + r 2 + R × r)
3
V2 = π × R 2 × h0
VTOTAL − BASE = V1 + V2 = VB = 6,11m 3
H = h + ho
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Como calcular o volume para a base falsa elipse (VB):
r
V1 =
V2 =
h
R
R
π ×h
3
× (R2 + r 2 + R × r)
x×h
× (R + r)
2
V3 = (π × R 2 + 2 × R × r ) × h0
VTOTAL = V1 + V2 + V3
ho
V1
R
R
r
V2
V3
x
H = h + ho; onde h0 = altura do rodapé
Base do tipo "falsa elipse"
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18
Exemplo nº 04:
Dados
Pilar de divisa:
fck do concreto = 100 kgf / cm2 = 10 MPa = 1000 tf / m2
σs = 6,0 kgf / cm2 = 60 tf / m2
Admitir tubulão a céu aberto sem revestimento.
2,5 cm (folga)
4,00
0,6
Divisa
P2 = 300 tf
0,3
P1 = 400 tf
0,3
0,3
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C- Tubulão de pilares próximos:
Conselhos importantes:
Æ Não associar fundação de dois ou mais pilares com um único tubulão.
Æ Ocorrendo superposição das áreas da base, deve-se utilizar falsa elipse.
Observações gerais:
A. Caso os pilares estejam tão próximos que não seja possível a solução trivial, afastase o centro de gravidade dos tubulões e introduz-se uma viga de ligação.
Viga de Interligação
Solução trivial comum
B. Para pilares muito longos em seção transversal é aconselhável a utilização de dois
tubulões na forma de falsa elipse. (l > 2,00 m).
Podem Encostar
Pilar
l
Viga de Interligação
C. Na mesma cota de apoio: os tubulões podem encostas as suas bases.
Cota de apoio
Podem encostar
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Exemplo nº 05:
Dados
Pilares próximos:
fck do concreto = 100 kgf / cm2 = 10 MPa = 1000 tf / m2
σs = 5,0 kgf / cm2 = 50 tf / m2
Admitir tubulão a céu aberto com revestimento.
0,60
P2 = 560 tf
0,60
P1 = 560 tf
0,60
0,60
2,00
Como os pilares são próximos e as bases dos tubulões irão se sobrepor, devemos
utilizar base na forma de falsa elipse, afastando o centro de gravidade do tubulão em
relação ao centro de gravidade do pilar introduzindo a viga de rigidez.
F=
A=
4 × (1,4 × P)
4 × (1,4 × 560)
=
= 1,33 ∴1,35m
fck
1000
π × 0,85 ×
π × 0,85 ×
1,5
γC
P
σS
=
560
= 11,20m 2
50
Impondo X = B para que a base do tubulão fique o mais parecido a uma circunferência.
X =B=
4× A
=
π +4
4 × 11,2
= 2,51m ∴ 2,55m
π +4
Altura da base = H =
2,55 + 2,55 − 1,35
B+ X −F
× tgα =
× tg 60º = 3,24 ∴ 3,25m
2
2
2,00
1,00
Viga de Rigidez
1,35
2,55
1,00
H = 3,25 m
2,55
2,55
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21
D- Em cotas diferentes:
α : Deve respeitar
Para solo ≥ 60º
Para rocha ≥ 30º
a
E- Pilares de divisa com pequenas cargas:
Nestes casos geralmente o disparo x da valor negativo, e a melhor solução é um tubulão
na forma de cachimbo com armadura de fretagem, ou seja, sem coroamento, somente
com bloco circular com diâmetro do fuste.
A
A
F = 0,80 m
0,4
0,4
Armadura
do Pilar
0,4
B = 0,80 x 1,20 m
H = 0,70 m
Bloco de
Fretagem
0,7
0,2
Corte A-A
Dimensões
mínimas
para
escavação
manual
1,20
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22
Anexo-01:
Projeto Tubulões 01
Projeto Tubulões 02
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23
1º Projeto – Tubulões:
Dado o perfil de sondagem abaixo:
abcd-
Determinar a cota de apoio do tubulão (Tubulão a céu aberto sem revestimento).
Determinar a tensão admissível do solo na cota de apoio do tubulão.
Dimensionar os tubulões dos pilares na planta em anexo.
Calcular o provável volume de escavação.
SPT
5
8
Descrição do material
(m)
Argila silto arenosa, mole a rija, vermelha
clara/escura. (solo residual)
3.00
12
22
25
32
45
Argila silto arenosa, dura, variegada, N.A
vermelha clara/escura, amarela escura. 6,5
(solo residual)
25/1
I.P.
9.00
I.P. = Impenetrável a percussão
Obs-01: Admitir fck do concreto = 135 kgf/cm2
Obs-02: Para calcular o volume de escavação, montar um tabela de resumo de cálculos.
Obs-03:
VF = Volume do fuste
VB = Volume da base
VT = VF + VB
Tabela:
Resumo dos cálculos:
Pilar
Nº
01
02
03
04
05
Carga
(tf)
B
(m)
F
(m)
H
(m)
VF
(m3)
VB
(m3)
VT
(m3)
m3
Volume total escavado
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24
2º Projeto – Tubulões:
Dado o perfil de sondagem abaixo:
a – Determinar a cota de apoio do tubulão (Tubulão a céu aberto sem revestimento).
b – Determinar a tensão admissível do solo na cota de apoio do tubulão.
c – Dimensionar os tubulões dos pilares na planta em anexo.
d – Calcular o provável volume de escavação.
e – Calcular o provável volume de concreto (concreto fck = 135 kgf/cm2)
SPT
Descrição do material
Argila silto arenosa, mole a rija,
2
vermelha clara/escura. (solo residual)
2
(m)
2.00
6
18
11
Argila silto arenosa, variegada, vermelha
clara/escura, amarela clara. (solo
residual)
32
6.00
38
42
Argila silto arenosa, com fragmentos de
rocha em decomposição, variegada, N.A.
vermelha clara, amarela clara, preta. 10.00
30/2 (solo saprolítico)
30/1
45
I.P.
12.00
I.P. = Impenetrável a percussão
Obs-01: Admitir cota de arrasamento do concreto = 0,7 m da superfície
Obs-02: Para calcular o volume de escavação, montar um tabela de resumo de cálculos.
Obs-03:
VF = Volume do fuste
VB = Volume da base
VT = VF + VB
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio
25
Tabela:
Resumo dos cálculos:
Pilar
Nº
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
PT
PT
Carga
(tf)
B
(m)
F
(m)
H
(m)
VF
(m3)
VB
(m3)
VT
(m3)
m3
Volume total escavado
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio
26
Anexo-02:
Locação dos pilares – Projeto Tubulões 01
Locação dos pilares – Projeto Tubulões 02
Locação dos pilares – Projeto Tubulões 03
Volumes de escavação
FUNDAÇÕES - Professor Douglas Constancio – Engenheiro Lucas A. Constancio
27
CÁLCULO DO VOLUME DA BASE DOS TUBULÕES
r
V1 =
V2 =
h
R
π ×h
3
× (R2 + r 2 + R × r)
x×h
× (R + r)
2
V3 = (π × R 2 + 2 × R × r ) × h0
VTOTAL = V1 + V2 + V3
R
ho
V1
R
R
r
V2
V3
x
Base do tipo "falsa elipse"
r
V1 =
h
R
ho
π ×h
3
× (R 2 + r 2 + R × r)
V2 = π × R 2 × h0
VTOTAL = V1 + V2
R
r
V1
V2
Base do tipo comum (circular)