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Este trabalho consiste no dimensionamento de um tubulão a ar comprimido para fundações em obras com cargas elevadas e solos com riscos de desabamento. Os cálculos necessários e hipóteses assumidas para o dimensionamento do tubulão a ar comprimido, incluindo as vantagens do uso desse método de fundação. Além disso, o documento aborda os cuidados com o trabalho sob ar comprimido e o dimensionamento da base do tubulão.
Tipologia: Notas de aula
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Orientador interno da FEAU: Prof. Octavio Manhães De Andrade Junior São José dos Campos – São Paulo Dezembro/ 2016
Trabalho de Conclusão de Curso de graduação, submetido à Universidade do Vale do Paraíba como parte dos requisitos necessários para a obtenção do Grau de Engenharia Civil. Sob a orientação do Professor Octavio Manhães de Andrade Junior SÃO JOSÉ DOS CAMPOS 2016
Regardless of its purpose, the foundation of a work is the most important with the relation of the structural set, therefore, we will address some questions to support this study. This work consists in the dimensioning of the compressed air pipe for works with high loads, works that present areas with degree of difficulty for excavations of the shaft. That is, when the soil is sand or slite in the presence of water, making impracticable the execution of the conventional pipe. From there it is necessary to resort to the lining of the shaft, using steel shirts or concrete, until the rock is reached or a waterproof soil capable of supporting the loads. All necessary calculations and assumed assumptions for the design of the compressed air pipe are presented. Care was taken when working with compressed air. Keywords: Caisson compressed air; Foundation; Ground.
Agradecemos, primeiramente, a Deus, que nos concedeu energia, paciência e força de vontade pra conseguirmos terminar nosso trabalho. Ao Prof. Dr. Octavio Manhães De Andrade Junior, pelos ensinamentos transmitidos e pela amizade em todas as etapas deste trabalho. A minha família, pela confiança e motivação. Aos amigos e colegas, pela força e pelo entusiasmo em relação a esta jornada. Aos professores e colegas de Curso, pois percorremos anos juntos para conclusão de uma nova etapa muito importante de nossas vidas. A todos que, com boa intenção, colaboraram para a realização e finalização deste trabalho.
Tabela 1 - Tabela de compressão e descompressão ................................................................. 30
9
Com o crescimento das cidades brasileiras e devido ao grande aumento populacional, houve uma crescente demanda no setor da construção civil, tornando-se um incentivo à construção de estruturas com cargas consideradas elevadas, como por exemplo, pontes, viadutos e edificações de grande porte. Independente da obra, por mais acessível que seja, só pode ser adequadamente projetada depois de um estudo do terreno, ou seja, do subsolo no local onde será executado a obra. Com o conhecimento será identificado o tipo de fundação necessária. Mas como estamos falando de estruturas com cargas elevadas, esta exige o tipo de fundação profunda. As fundações profundas têm como sua principal função, suportar com segurança as cargas provenientes das estruturas. Segundo a Associação Brasileira de Normas Técnica (ABNT) Norma Brasileira Regulamentadora (NBR) 6122/2010, define-se como fundação profunda aquela que transmite a carga proveniente da superestrutura ao terreno pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste), ou até mesmo a combinação das duas. As fundações deverão ser apoiadas em profundidade superior ao dobro da menor dimensão em planta, e no mínimo 3,0 m. São classificados para este tipo de fundação as estacas e os tubulões. [1] O tubulão um dos elementos de fundação profunda, que se caracteriza por ter a base alargada, isto é, o diâmetro da base é superior que o diâmetro do fuste. De forma que, a maior parte da capacidade de carga decorre do contato direto da base com o solo, ao mesmo tempo que a estaca resiste aos esforços principalmente devido ao contato lateral com o solo. Os tubulões são classificados em dois tipos básicos: a céu aberto e a ar comprimido. Tubulão a céu aberto é um poço executado acima do nível d’água, onde é favorável quando há solos bastante rígidos, ou também em solo abaixo do nível d’água que se mantenha estável, que seja possível o bombeamento da água sem risco de desmoronamento. [2] Esse tipo de tubulão a escavação normalmente é manual, mais pode ser feita mecanicamente com equipamentos de perfuração, em que na última etapa, haja a descida de um operário para executar a base ou limpeza do fundo quando não há base. A profundidade máxima é de 35 m abaixo do nível do lençol freático devido as condições suportadas pelo ser humano. A legislação trabalhista exige as condições de compressão e descompressão dos operários deste tipo de trabalho. [3] O estudo em questão é sobre a utilização do tubulão a ar comprimido, como elemento
10 de fundação profunda, indicado para solos com presença de lençol freático e que apresentam riscos de desabamento. 1.1 OBJETIVOS 1.1.1Objetivo Geral A proposta do projeto é dimensionar o tubulão pneumático para estruturas com cargas elevadas e sob um solo com presença de lençol freático, ao ponto de garantir que a construção se mantenha estável e sem recalques consideráveis. São desenvolvidos todos os cálculos necessários para o dimensionamento geotécnico do tubulão. [4] 1.1.2 Objetivo Específico Compreender como a norma NBR 6122/2010 auxilia na execução do tubulão; Fazer um levantamento de equipamentos e como é feita a segurança na execução. Dimensionar um tubulão a ar comprimido de acordo com a norma e com o local da execução da obra. 1.2 Justificativa Identificamos que em algumas obras existem risco de desmoronamento do solo na realização da fundação devido a presença de água. Por isso é necessário a utilização da campânula de ar comprimido para fazer o afastamento da água no solo.
12 2.2.2 Tubulão sob ar comprimido A técnica é indicada para solos com presença de lençol freático sem probabilidade de esgotamento. É essencial as paredes do fuste ser encamisada com anéis de concreto ou de tubos de aço, e quando atingir o solo adequado para fazer a realização da base do tubulão. Na descida manual do operário, a camisa simboliza segurança, pois serve de auxílio para o equipamento campânula que é necessário para o método ser executado abaixo do nível d’água e ainda protege os operários do solo ruim. A execução de tubulão pneumático pode ter problemas durante a compressão e descompressão da campânula se não for executado com segurança dos operários. [5] Figura 2- Tubulão a ar comprimido Fonte: Macêdo,P.D [6] 2.3 Fuste No tubulão uma parte importante é o fuste onde o centro da gravidade da área do fuste deve coincidir com o ponto de execução da carga do pilar. A coluna do tubulão é composto por bloco de transição, fuste e a base. E executado freqüentemente por anéis de concreto armado e sua extensão não permite um escape maior que 30 cm [3]. O diâmetro do fuste deve ser no mínimo de 70 cm para conceder a entrada e saída do operário.
13 No fuste existem dois tipos de aplicação. O escavado mecanicamente e o escavado manualmente. [7] 2.3.1 Fuste escavado mecanicamente Frequentemente coloca-se um revestimento metálico. A perfuração do fuste é feita por equipamento, conservando a água no interior do tubulão. Atingida a profundidade prevista, é fixada a campânula, é injetado o ar comprimido e os operários descem para fazer o alargamento da base. Uma parte do fuste e a base é concretada sob ar comprimido. Depois de obter a resistência no concreto, pode ser feita a remoção da campânula e a outra parte do fuste é concretado a céu aberto. [8] 2.3.2 Fuste escavado manualmente Estabelece um revestimento metálico ou de concreto. Quando o diâmetro do tubulão atinge as disponibilidades de revestimentos metálicos (cerca de 1,50 m), ou por razões de custo, trabalha com o revestimento de concreto armado. [8] 2.4 Base No tubulão a base pode ser alargada ou não. Os alargamentos da base são realizados de modo que a fase conclusiva da base seja isenta de armadura. Por isso, é adotado um ângulo 60° com a horizontal para que não haja obrigação de aplicação de armadura na base. Os alargamentos dão origem numa base circular (figura 3) ou elíptica (figura 4). No caso de necessidade do alargamento da base é fundamental a descida de um operário. Normalmente a base não pode ultrapassar lateralmente o fuste maior que 30 cm. O rodapé é recomendado a uma altura de no mínimo 20 cm.
15 2.5 Bloco de transição ou coroamento Faz a junção entre o elemento vertical que é o fuste e horizontal (arquitrave ou imposta de um arco) de propriedades estáticas muito diferentes. Figura 5 – Bloco de coroamento Fonte: Macêdo,P.D [6] 2.6 Vantagens do tubulão a ar comprimido Execução abaixo do n.a; Processo executivo com pouca produção de ruídos ou vibrações se comparado com cravação de estacas, por exemplo; O solo retirado das escavações pode ser avaliado por um engenheiro de fundações e compará-lo com o projeto; É possível apoiar cada pilar em fuste único, ao invés de cravação de diversas estacas e, por consequente, execução de blocos de coroamento; As escavações podem atravessar horizontes com pedras e matacões, se mecanizadas; O diâmetro e o comprimento do tubulão pode se modificar durante a escavação Baixo custo de mobilização de equipamentos. [11] 2.7 Estudo do solo A sondagem a percussão é conhecida como “simples reconhecimento de solo com SPT
16 (Standard Penetration Test)”. O reconhecimento do tipo de solo é fundamental para verificar a reação ao receber as cargas esperada. A sondagem à percussão é necessária, pois é identificado qual é altura do lençol freático, que os tipos de solo que estão sob a obra, a sua profundidade, a capacidade de carga do sub-solo, em diversas profundidades. O resultado deste estudo é obtido através de ensaio geotécnico (SPT). Para este trabalho foi feito o estudo do ensaio (SPT), onde apresentamos os resultados, para ser executados na obra. Sondagem de Simples Reconhecimento de Solo com SPT As investigações compreendem, conforme a norma ABNT NBR 6484, a execução de dois furos de sondagem à percussão, totalizando 40.90 ml. de perfurações de solo, com a retirada de amostras para determinação dos horizontes geológicos e classificação segundo a resistência dos materiais encontrados, bem como a compacidade, consistência, cor, composição, etc. [12] As perfurações foram executadas por percussão e lavagem, usando tubos de revestimento de diâmetro 2 ½”. As resistências (SPT) oferecidas pelo terreno à cravação do amostrador tipo padrão “Terzaghi& Peck” de diâmetro interno e externo respectivamente de 35 mm (1 3/8”) e 51 mm (2”), foram obtidas mediante golpes de um peso de 65kg, caindo de altura padrão de 75cm. Os resultados dessas medidas, expressos em números de golpes necessários à penetração dos 45cm do amostrador, em 3 etapas de 15 cm, estão indicados, sob forma gráfica e numérica para seus 30 cm finais nos desenhos SP1 (figura 6) a SP2 (figura 7). Nos casos em que a penetração das etapas parciais do amostrador for diferente de 15 cm, o registro é apresentado na forma de fração, onde o numerador indica os números de golpes e o denominador, a penetração em centímetros. A classificação foi tátil-visual, permitindo apenas uma visão geral do solo amostrado. A profundidade de ocorrência do lençol freático varia com o tempo, dependendo principalmente das ocorrências de chuvas. A sondagem à Percussão não é o método mais indicado para a determinação precisa do nível da água (NA). Caso este seja determinante para a escolha do tipo de fundação, recomenda-se uma perfuração de diâmetro maior. A sondagem à percussão é considerada indispensável pela Norma ABNT NBR 6122/2010 – Projeto e Execução de Fundações. Entretanto em determinadas situações podem ser convenientes Ensaios Geotécnicos complementares. [13]
18 Figura 7 – SP Fonte: Teixeira, W [13]
19 Figura 8 – Locação Fonte: Teixeira, W [13] 9,00 m
