FES Cap4 Parte1

Fundaes e Estruturas de Suporte

Jos A. Marques Lapa

Captulo 4 Fundaes profundas e semi-profundas

4. Fundaes profundas

4.1. Classificao e tipos de estacas

4.1.1. Cravadas e pr-moldadas

4.1.2. Moldadas sem escavao

4.1.3. Moldadas escavadas com molde

4.1.4. Moldadas escavadas sem molde com lamas

4.1.5. Moldadas escavadas sem molde sem lamas

4.1.6. Vantagens e inconvenientes

4.1.7. Outras consideraes

4.2. Segurana e dimensionamento

4.2.1. Segurana e dimensionamento geotcnico EC7

4.2.2. Dimensionamento estrutural em BA

4.3. Capacidade resistente sob aes verticais estticas

4.3.1. Estacas compresso

4.3.2. Mtodos analticos

4.3.3. Mtodos semi-empricos

4.3.4. Estacas trao

4.3.5. Estacas sobre rochas

4.4. Grupos de estacas

4.5. Macios de amarrao e vigas de fundao

4.6. Assentamentos sob aes verticais estticas

4.7. Comportamento a aes horizontais estticas

4.8. Comportamento a aes dinmicas

4.9. Ensaios de carga

4.10. Ensaios de integridade de estacas

4.11. Patologias e reforos de estacas

4.12. Outras fundaes indiretas

4.12.1. Barretas

4.12.2. Poos ou peges

4.12.3. Micro-estacas

4.12.4. Critrios de escolha de soluo

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Captulo 4 Fundaes profundas e semiprofundas

4.1. Classificao e tipos de estacas

4. Fundaes profundas: Estacas

As estacas utilizam-se em geral para resistir a aes de compresso

do solo, quando o terreno resistente est a profundidade superior a

cerca de 6 a 8 metros.

Podem funcionar por ponta, por atrito lateral (fuste) ou misto.

As estacas so encabeadas por macios,

podendo abarcar uma ou mais estacas,

que neste caso funcionaro em grupo.

Os macios so tambm

normalmente ligados por

vigas de fundao.

Cabea

Fuste

Ponta

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Tipos de fundao:

Fundaes superficiais ou diretas Menos de 4 m

(exemplos: sapatas isoladas, contnuas ou ensoleiramentos)

Fundaes semi-profundas Entre 4 a 6 m

(exemplos: peges ou poos)

Fundaes profundas ou indiretas Mais de 6 m

(exemplos: estacas, barretas, tubules)

(Incluram-se as microestacas embora sejam muitas vezes

utilizadas para pequenas profundidades)

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Formas de Fuste

Seco Transversal

Ponta da Estaca

- circular;

- quadrada;

- hexagonal;

- octogonal;

- triangular;

- H;

- I;

-

Geometria das estacas

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Posio e disposio das estacas

Quanto posio:

verticais;

inclinadas.

Quanto disposio:

isoladas;

em grupo.

Estaca vertical isolada

Estacas inclinadas em grupo

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Utilizao de estacas

As estacas so usualmente utilizadas nas seguintes situaes:

Quando as camadas de terreno com capacidade de suporte se encontram a grandes

profundidades;

Quando as camadas superficiais, embora tenham capacidade de suporte suficiente,

so muito deformveis ou essas deformaes so muito variveis de ponto para ponto

o que pode originar assentamentosdiferenciais;

Quando haja a possibilidade de perda de suporte provocada pela eroso devida a

gradientes hidrulicos elevados;

Quando as camadas superficiais so suscetveis de experimentarem levantamentos e

assentamentos cclicos, devido variao sazonal do teor em gua do solo;

Quando as super-estruturas transmitem fundao cargasconcentradas, verticais

e/ou horizontais, muito elevadas. No caso de serem cargas horizontais pode ser

necessrio o uso de estacas inclinadas;

Nas situaes em que as super-estruturas transmitam esforos de trao ou

momentos que, ao ser insuficiente a carga vertical, provoquem traes.

Em zonas urbanas como fundao de edifcios junto a zonas potenciais de escavao;

Solos suscetveis a liquefao .

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Comportamento, modo de funcionamento e aplicao

Estacas de ponta A resistncia mobilizada na ponta da estaca. Terrenos

atravessados pelo fuste da estaca com capacidade insuficiente e terreno onde

esta se apoia na ponta, resistente e espesso;

Estacas flutuantes A resistncia mobilizada ao longo do fuste por atrito ou

adeso lateral. Resistncia do terreno onde se localiza a ponta da estaca,

igual ou inferior do terreno atravessado pelo fuste (camada resistente a

uma profundidade muito elevada). Assentamentos no desprezveis;

Estacas mistas A resistncia mobilizada ao longo do fuste e na ponta da

estaca. Combinao das anteriores.

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Comportamento e modo de funcionamento

> Fundao rgida de 1 ordem funcionamento de ponta

desprezvel

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> Fundao rgida de 2 ordem funcionamento de ponta e atrito lateral.

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> Fundao flutuante unicamente atrito lateral

Presso sobre a ponta desprezvel

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4.1 Classificao e tipos de estacas

Material Metal

Madeira

Beto Armado

Modo de execuo Cravadas

Moldadas s/ escavao

Moldadas escavadas

Extrao de

terreno

Com

Sem

Tipo de

resistncia

Ponta

Fuste (flutuantes )

Mistas

Geometria do

fuste e da seco

Seco constante

Seco varivel

Circular

Triangular

Quadrada

Tubular

I, H

Composta

Tipos de classificao de estacas

Cravadas ou

pr -moldadas

Metal, Madeira, BA

Mega

Moldadas

(sem extrao )

Franki

Omega

Moldadas escavadas

com tubo moldador

recuperado

Moldadas escavadas

com tubo moldador

perdido

Vara+balde / Trado

Strauss

Raiz

Encamisada

Moldadas escavadas

sem tubo moldador

sem lamas

Moldadas escavadas

com lamas bentonticas

ou polmeros

Trado contnuo

Vara+Balde

Trado curto

Classificao mais utilizada

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4.1 Classificao e tipo de estacas

Classificao das estacas: metodologia de construo

> A classificao das estacas pode ser realizada de diversas formas, como se verificou.

> No tipo de classificao mais usual considera-se, por um lado, o efeito que a construo

da estaca produz no terreno envolvente e, por outro lado, o modo como so instaladas.

Deste modo distinguem-se dois grandes tipos de estacas:

Estacas instaladas com deslocamento do terreno as estacas so instaladas sem

extrao de terreno e por conseguinte comprime -se o solo envolvente de modo a

criar o espao necessrio para a estaca;

Estacas instaladas sem deslocamento do terreno as estacas so construdas

aps a furao e com extrao do terreno.

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4.1 Classificao e tipo de estacas

Estacas no escavadas (instaladas com deslocamento do terreno)

- Este tipo de estacas, ao serem instaladas, comprimem lateralmente o terreno ,

provocando um aumento muito significativo da tenso horizontal bem como

alteraes nas caractersticas do solo envolvente.

- A instalao das estacas no terreno pode ser feita por:

Pancadas de um martelo;

Vibrao;

Presso de macacos hidrulicos ou de cargas;

Rotao.

- Estas estacas podem ser divididas nos seguintes sub-grupos:

Estacas cravadas pr-fabricadas estacas slidas ou ocas (com base fechada e

solidarizada ao tubo oco) introduzidas no terreno at posio definida;

-

estacas construdas pela cravao de um tubo fechado na base (com um rolho

solidarizado ao tubo oco); retirada do tubo com perda da ponta, ficando a base

na posio previamente definida; enchimento, em simultneo, do vazio criado,

com beto. A colocao da armadura pode ser antes ou logo aps a betonagem.

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4.1.1 Estacas cravadas e pr-moldadas

Estacas cravadas pr-fabricadas

- A sua principal caracterstica reside no facto do solo perturbado pela

cravao, ficar em contacto com a estaca pr -fabricada

- Englobam-se neste tipo de estacas:

Estacas constitudas por perfis de ao (ex. perfis H ou I);

Estacas hlice de ao;

Estacas de madeira;

Estacas tubulares de ao ou beto (desde que a base esteja fechada para

que no haja entrada de solo);

Estacas pr-fabricadas de beto de seco cheia.

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Cravadas metlicas

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Cravadas de madeira

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Cravadas de beto

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Cravadas de beto

Na cabea da estaca retira-se a ligao metlica e executam-se os macios de amarrao.

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Pr-moldadas Mega

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4.1.2 Estacas moldadas

Estacas moldadas sem extrao de terreno

- Habitualmente a execuo deste tipo de estacas inicia -se com a cravao de

um tubo resistente que molda a forma da estaca, fechado na base com um

tampo temporrio em ao ou com um rolho de beto.

- Depois de colocada a armadura, o beto colocado no tubo medida que

este vai sendo retirado, ficando a base ou o rolho imveis na posio definida

na aplicao do tubo.

- Neste tipo de estacas o beto fica em contacto direto com o solo, tendo o

risco de se misturar com gua ou solo se o tubo for retirado de forma incorreta.

Para evitar estas situaes o nvel de beto no tubo deve estar sempre acima da

sua base.

- Englobam-se neste tipo de estacas:

Estacas Franki

Estacas Omega

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Estacas moldadas sem extrao do terreno

Genericamente, efetuada a cravao do tubo de molde obturado na ponta, coloca -se a

armadura e realiza -se a betonagem de baixo para cima enquanto se retira o tubo moldador em

que a ponteira de beto ou ao fica perdida. A cravao do tubo moldador pode ser efetuada por

rotao, percusso ou apiloamento, originando diferentes tcnicas.

O tubo moldador pode tambm ser substitudo por uma sonda rotativa que desloca o terreno

lateralmente, originando assim duas tcnicas diferentes de execuo.

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Estacas moldadas Franki

Introduo

O processo construtivo da estaca tipo Franki tradicional consiste em cravar no terreno um tubo com a ponta fechada por uma "bucha" de brita e

areia, batida por um pilo de queda livre que arrasta o tubo por atrito, obtendo-se ao final da cravao do tubo uma forma absolutamente estanque,

sem extrao do solo.Base alargada

Ao at ingir a profundidade desejada, o tubo levantado ligeiramente e mant ido imvel pelos cabos do bate-estacas, expulsando-se a bucha

atravs de golpes de pilo, tomando-se o cuidado de deixar no tubo uma certa quant idade de bucha para garant ir a estanqueidade. Nesta

fase, introduz-se beto seco sob golpes de pilo formando no terreno a base alargada.

Armadura

A armadura constituda por vares longitudinais e estribo em espiral soldado, mesmo que as aes a que a estaca venha a ser submetida no

indiquem a sua necessidade, usa-se uma armadura mnima construtiva.

Betonagem

Uma vez colocada a armadura, executa-se a betonagem do fuste da estaca apiloando-se em pequenas quantidades ao mesmo tempo em que o

tubo retirado do terreno, mantendo-se uma altura de beto dentro do tubo, suficiente para impedir a entrada de gua e do solo.

Estaca com extrao de solo interior

Em situaes especiais pode-se cravar numa primeira etapa o tubo com a ponta aberta (tubo cravado com trao dos cabos do bate-estacas) e o

solo no interior do tubo retirado com auxlio de uma piteira.

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Estacas moldadas Franki

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Introduo

O processo construtivo da estaca tipo Omega tradicional consiste em

cravar no terreno um tubo com a ponta em trado de forma cnica que

perfura o solo como um parafuso, com deslocamento lateral do solo. Por

screw

Betonagem

Depois de atingir a profundidade desejada, procede-se extrao do

trado mas com o mesmo sentido de rotao que o utilizado na

perfurao, garantindo o deslocamento do solo. Atravs de bombagem

pela haste tubular da sonda, introduzido o beto que vai preenchendo o

espao deixado pelo trado.

Armadura

A armadura constituda por vares longitudinais e estribo em espiral

soldado e instalada aps a betonagem. Isto pode ser um fator limitativo

do comprimento da armadura e, tambm, pode impossibilitar o uso destas

estacas quando sujeitas a esforos de trao ou quando utilizadas como

elemento de conteno.

As armaduras podem ser instaladas por gravidade, por compresso de

um pilo ou por vibrao, sendo esta ltima a mais recomendada.

Normalmente este aspeto construtivo, limita o comprimento da estaca a

cerca de 20 metros.

Outras solues semelhantes

Normalmente apenas diferem no tipo de trado. Podem nomear-se as

seguintes: Atlas, De Waal e Spire.

Estacas moldadas Omega

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Estacas moldadas Omega

Trado cnico Omega e processo de perfurao

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4.1.3 Estacas moldadas escavadas com molde

Estacas escavadas (moldadas com escavao)

Estacas

moldadas

escavadas Sem tubo

moldador

Com tubo

moldador

- Trado contnuo

- Com lamas (Balde/trado)

- Recupervel (Balde/trado, Strauss, Raiz)

- Perdido (Balde/trado, Strauss)

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Estacas escavadas (com tubo moldador recupervel)

Genericamente, efetuada a cravao do tubo de molde sem obturao na ponta, procede -se

escavao no interior do tubo, com balde ou trado curto, coloca -se a armadura e realiza-se a

betonagem de baixo para cima enquanto se retira o tubo moldador. A cravao do tubo moldador

pode ser efetuada por rotao, percusso ou por ao do seu peso e a extrao do terreno pode

ser efetuada durante a cravao do tubo ou no final dessa etapa, originando diferentes tcnicas.

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Estacas escavadas a balde ou trado (com tubo moldador recupervel)

O tubo cravado por rotao e/ou percusso (morsa)

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Estacas escavadas a vara ou trado (com tubo moldador recupervel)

O solo no interior do tubo extrado por

grab (garras) suspenso, vara kelly (telescpica rotativa) com balde ou trado curto

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colocada a armadura no interior do tubo em que o solo foi totalmente extrado

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tremie bombagem efetuada a betonagem de baixo para cima

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Enquanto efetuada a betonagem os tubos vo sendo extrados

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Escavao com sonda

Perfurao

A perfurao efetuada com uma sonda designada por piteira

posicionada dentro do primeiro tubo de revestimento (com a

extremidade inferior dentada) e em golpes sucessivos, a piteira

retirar o solo do interior, abaixo do tubo, que se introduzir aos

poucos no terreno, por efeito do seu peso prprio.

Quando o tubo estiver totalmente cravado, ser rosqueado um

novo tubo na extremidade superior livre e reiniciado o trabalho

da piteira. Este procedimento ser repetido at que se atinja a

profundidade prevista para a perfurao ou as condies de

suporte previstas para o terreno.

Betonagem

Ao atingir a profundidade desejada e procedida a limpeza do

tubo, ser efetuada a betonagem com o beto a ser apiloado

com o auxlio de um pilo metlico, visando a formao de um

bolbo na base da estaca.

Segue-se a betonagem do fuste da estaca com o beto e

apiloamento, iniciando-se a remoo dos tubos de revestimento,

com auxlio de um guincho mecnico.

Armadura

Antes da betonagem dos ltimos dois metros da estaca

colocada a armadura.

Estacas escavadas Strauss (com tubo moldador recupervel)

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Perfurao

A perfurao realizada por rotao e percusso do tubo

moldador com utilizao de gua ou ar comprimido.

Essa perfurao processa-se com o tubo de revestimento

munido na extremidade de uma coroa de perfurao

adequada s caractersticas do terreno. O material

escavado misturado continuamente com gua introduzida

por dentro do tubo. Esse fludo juntamente com o solo

escavado, reflui pelo espao entre o tubo e o terreno,

permitindo uma perfeita lubrificao exterior do tubo e

assim facilitando a penetrao do prprio tubo.

Armadura

Aps esta etapa e com o tubo ainda no furo, coloca-se a

armadura. No caso de estacas muito profundas, a

armadura pode ficar suspensa para ficar vertical.

Betonagem

O beto injetado sob presso aps a perfurao. Com o

lanamento do beto no fundo, a gua ou a lama utilizada

na perfurao vai sendo empurrada para cima at completa

expulso. Durante a betonagem, procede-se a retirada do

tubo (encamisamento), ao mesmo tempo em que se aplica

presso no beto j lanado atravs de ar comprimido.

Essa compresso realizada vrias vezes, at total

execuo da estaca., acrescentando a cada vez a

quantidade de beto necessrio para completar o

preenchimento da tubagem.

Devido utilizao de presso de betonagem, a estaca

apresenta o fuste com rugosidade e expanses laterais

proporcionando uma melhor resistncia por atrito lateral

Estacas escavadas Raiz (com tubo moldador recupervel)

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Estacas escavadas encamisadas (com tubo moldador perdido)

O tipo de perfurao e escavao semelhante das estacas com molde recupervel,

s que na fase de betonagem no retirado o tubo moldador.

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4.1.4 Estacas moldadas escavadas sem molde com lamas

Estacas escavadas com balde ou trado curto, com lamas ou polmeros

Genericamente, efetuada a cravao superficial de uma guia para a utilizao de um trado ou

de balde, com trepano ou outra ferramenta de corte se necessrio, sendo o solo extrado por

rotao do trado ou por corte do balde, sendo o volume ocupado por lamas bentonticas ou

polmeros. Depois da escavao colocada a armadura e efetuada a betonagem com utilizao

de tremie, de baixo para cima, sendo as lamas empurradas para o exterior onde so recuperadas

para reutilizao aps limpeza de detritos.

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Estacas escavadas com vara, balde ou trado curto, com lamas bentonticas

O emprego das lamas bentonticas comeou nas perfuraes petrolferas, passando a serem utilizadas na execuo de

estacas sem molde. A lama bentontica constituda fundamentalmente de gua e bentonite. A bentonite uma rocha

vulcanica constituda de "montmorilonita", cuja frmula qumica MgCa.

Trata-se de material tixotrpico, ou seja, em disperso fluidifica mudando o seu estado fsico por efeito de agitao e em

repouso gelatinosa com ao anti-infiltrante.

Atravs de centrais de reciclagem, a lama pode ser limpa de detritos da escavao e de beto e pode ser reutilizada em

grande percentagem.

Betonagem com escorrimento de lama de bentonite para aproveitamento em central

recicladora de lama

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Estacas escavadas com vara, balde ou trado curto, com polmeros

O emprego dos polmeros recente devido a algumas restries ambientais relativamente s lamas bentonticas. O

polmero biodegradvel sendo um material sinttico que funciona como uma rede com capacidade de segurar o solo.

O polmero uma longa molcula formada pela adio da simples repetio de grupos denominados monomeros. Eles

unem-se pelas extremidades de forma similar s ligaes dos elos de uma corrente. Quando a gua entra em contato com

o polmero, as suas molculas so presas pelas longas cadeias do polmero fazendo com que sua estrutura inche dando

maior viscosidade ao material.

Execuo de estaca escavada com utilizao de polmeros

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Estacas escavadas com vara e balde ou trado curto, com lamas ou polmeros

Utilizao de vara telescpica kelly com balde com coroa de perfurao ou trado curto

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Estacas escavadas com balde ou trado curto, com lamas ou polmeros

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4.1.5 Estacas moldadas escavadas sem molde sem lamas

Estacas escavadas a trado contnuo, sem lamas ou polmeros

Genericamente, efetuada a escavao com ao de um trado contnuo, at profundidade

desejada. O trado depois retirado, com rotao igual escavao, enquanto simultaneamente

efetuada a betonagem pelo veio oco do trado. Depois da betonagem completa colocada a

armadura por presso sobre o beto.

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Escavao por trado contnuo

Estacas escavadas por trado contnuo sem lamas

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Escavao por trado contnuo e colocao de armadura aps betonagem


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4.1.4 Escavadas sem molde sem lamas

Sequncia de execuo de estaca escavada por trado contnuo (CCCIUA)


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4.1.4 Escavadas sem molde sem lamas

Sequncia de execuo de estaca escavada por trado contnuo (ESSUA)


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4.1.6 Vantagens e inconvenientes

> Estacas cravadas Vantagens

- Rapidez de execuo;

- Limpeza da obra;

- Podem ser cravadas at prevista;

- O terreno na ponta fica compactado e em contacto com esta;

- Estabilidade em solos compressveis;

- A estaca pode ser inspecionada antes da cravao;

- Resistente a ataques qumicos;

- Podem ser recravadas quando sujeitas a levantamento do solo;

- O nvel fretico no afeta o processo construtivo;

- Possibilidade de cravar grandes comprimentos;

- Podem aumentar a compacidade relativa da camada granular da

fundao;

- situ tcnica e equipamento.

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> Estacas cravadas Inconvenientes

- Maiores custos;

- Dificuldade na variao e ajuste de comprimento;

- Podem ser danificadas pela utilizao de excessiva energia de

cravao;

- Espao em estaleiro antes da cravao;

- No podem ser cravadas com grande dimetro ou em condies de

limitao de p -direito;

- Provocam rudo, vibraes e deformao no terreno;

- Perturbao do terreno que pode levar a reconsolidao e

desenvolvimento de atrito negativo nas estacas;

- Levantamento e perturbao do terreno envolvente pode causar

danos em estruturas vizinhas;

- Impossibilidade de alargamento da base.

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> Estacas moldadas Vantagens

- Grande variedade de dimetros disponveis;

- No causam vibraes importantes;

- No causam rudo;

- No existe o risco de levantamento do terreno;

- O alargamento da base pode ir at dois a trs dimetros;

- Atingem grandes profundidades;

- Podem ser recolhidas amostras dos solos atravessados;

- O dimensionamento da armadura no depende das condies de

manuseamento e cravao.

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> Estacas moldadas Inconvenientes

- Dificuldade em garantir verticalidade;

- Dificuldade na garantia das dimenses da seco transversal;

- Existe a possibilidade de estrangulamento;

- Pode dar-se arrastamento de finos;

- H dificuldades de betonagem debaixo de gua;

- O beto no pode ser inspecionado aps colocao;

- Pode existir descompresso nos solos arenosos;

- No se pode efetuar alargamento da base nos terrenos sem coeso.

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4.1.6 Outras consideraes

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Distncias entre estacas

A distncia entre estacas depende do tipo de execuo, se as estacas so para

agrupar ou se so isoladas.

Exemplos de indicaes de algumas normas com espaamento mnimo

recomendado entre estacas:

d-dimetro da estaca


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Preos indicativos de custo de algumas solues:


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Preos indicativos de custo de algumas solues:



4.2. Segurana e dimensionamento de estacas



4.2.1 Segurana e dimensionamento geotcnico EC7

4.2.1 Segurana e dimensionamento EC7

57

Eurocdigo 7 Projeto geotcnico

Parte 1: Regras Gerais

NP EN 1997-1

Captulo 7 Fundaes por estacas

Anexos


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Relembrando:


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60

FES Cap4 Parte1

Documents

Transcript of FES Cap4 Parte1