Fundação profunda - Deep foundation

Perfuração de estacas profundas de 150 cm de diâmetro na ponte 423 perto de Nes Ziona, Israel

Instalação de fundação profunda para ponte em Napa, Califórnia , Estados Unidos.
Operações de cravação de estacas no porto de Tampa , Flórida .

Uma fundação profunda é um tipo de fundação que transfere cargas de construção para a terra mais abaixo da superfície do que uma fundação rasa para uma camada subsuperficial ou uma gama de profundidades. Uma estaca ou estaca é um elemento estrutural vertical de uma fundação profunda, cravada ou perfurada profundamente no solo no local de construção .

Fundações profundas do The Marina Torch , um arranha-céu em Dubai

Há muitos motivos pelos quais um engenheiro geotécnico recomendaria uma fundação profunda em vez de uma fundação rasa, como em um arranha - céu . Alguns dos motivos comuns são cargas de projeto muito grandes, um solo ruim em pouca profundidade ou restrições do local, como linhas de propriedade . Existem diferentes termos usados ​​para descrever diferentes tipos de fundações profundas, incluindo a estaca (que é análogo a um poste), o pilar (que é análogo a uma coluna ), poços perfurados e caixões . As estacas são geralmente cravadas no solo in situ ; outras fundações profundas são normalmente colocadas no lugar por meio de escavação e perfuração. As convenções de nomenclatura podem variar entre as disciplinas de engenharia e empresas. As fundações profundas podem ser feitas de madeira , aço , concreto armado ou concreto protendido .

Fundações impulsionadas

Estacas de tubos sendo cravadas no solo
Ilustração de um bate-estacas manual na Alemanha após 1480

As estacas pré-fabricadas são cravadas no solo com um bate - estacas . As estacas cravadas são construídas de madeira, concreto armado ou aço. As estacas de madeira são feitas de troncos de árvores altas. As estacas de concreto estão disponíveis em seções transversais quadradas, octogonais e redondas (como as estacas Franki ). Eles são reforçados com vergalhões e frequentemente pré-tensionados . As estacas de aço são estacas tubulares ou algum tipo de seção de viga (como uma estaca H). Historicamente, as estacas de madeira usavam emendas para unir vários segmentos de ponta a ponta quando a profundidade de cravação necessária era muito longa para uma única pilha; hoje, a emenda é comum com estacas de aço, embora as estacas de concreto possam ser emendadas por meios mecânicos e outros. A cravação de estacas, ao contrário de poços de perfuração, é vantajosa porque o solo deslocado pela cravação das estacas comprime o solo circundante, causando maior atrito contra as laterais das estacas, aumentando assim sua capacidade de carga . As estacas cravadas também são consideradas "testadas" quanto à capacidade de suporte de peso devido ao seu método de instalação; portanto, o lema da Associação de Empreiteiros de Cravação de Estacas é "Uma Estaca Cravada ... É uma Estaca Testada!".

Sistemas de fundação por estacas

Fundações dependem de estacas cravadas têm muitas vezes grupos de pilhas ligadas por uma tampa de pilha (um bloco de betão de grandes dimensões em que as cabeças das pilhas são incorporados) para distribuir as cargas que são maiores do que uma pilha pode suportar. Os blocos e as estacas isoladas são normalmente conectadas com vigas de nivelamento para amarrar os elementos da fundação; os elementos estruturais mais leves se apoiam nas vigas de nivelamento, enquanto os elementos mais pesados ​​se apoiam diretamente no bloco.

Fundação monopilar

Uma fundação monopilar utiliza um único elemento estrutural de fundação, geralmente de grande diâmetro, para suportar todas as cargas (peso, vento, etc.) de uma grande estrutura acima da superfície.

Um grande número de fundações monopilares tem sido utilizado nos últimos anos para a construção econômica de parques eólicos offshore de fundo fixo em locais submarinos de águas rasas . Por exemplo, o parque eólico Horns Rev no Mar do Norte a oeste da Dinamarca utiliza 80 grandes monopilhas de 4 metros de diâmetro afundadas 25 metros no fundo do mar, enquanto o parque eólico Lynn e Inner Dowsing, na costa da Inglaterra, entrou em operação em 2008 com mais 100 turbinas, cada uma montada em uma fundação monopilar de 4,7 metros de diâmetro em profundidades oceânicas de até 18 metros.

O processo de construção típico para uma fundação monopilar submarina de turbina eólica em areia inclui cravar uma grande pilha de aço oca, de cerca de 4 m de diâmetro com paredes de aproximadamente 50 mm de espessura, cerca de 25 m de profundidade no fundo do mar, através de uma camada de 0,5 m de pedra maior e cascalho para minimizar a erosão ao redor da pilha. Uma peça de transição (completa com recursos pré-instalados, como arranjo de desembarque de barco, proteção catódica , dutos de cabos para cabos submarinos, flange da torre da turbina, etc.) é fixada à pilha cravada, e a areia e a água são removidas da o centro da pilha e substituído com concreto . Uma camada adicional de pedra ainda maior, de até 0,5 m de diâmetro, é aplicada à superfície do fundo do mar para proteção de longo prazo contra a erosão.

Estacas perfuradas

Uma máquina de pilha em Amsterdã .

Também chamado de caixões , perfuradas , pilares perfurados , estacas moldadas no buracos perfurados (pilhas CIDH) ou moldado in situ pilhas, um furo de sondagem é perfurado no solo, depois de betão (e muitas vezes de algum tipo de reforço) é colocado no poço para formar a pilha. As técnicas de mandrilamento rotativo permitem estacas de maior diâmetro do que qualquer outro método de estacas e permitem a construção de estacas através de estratos particularmente densos ou duros. Os métodos de construção dependem da geologia do local; em particular, se a perfuração deve ser realizada em condições de solo 'seco' ou através de camadas saturadas de água. O revestimento é frequentemente usado quando os lados do poço estão propensos a se soltar antes de o concreto ser despejado.

Para estacas de suporte de extremidade, a perfuração continua até que o poço tenha estendido uma profundidade suficiente (soquete) em uma camada suficientemente forte. Dependendo da geologia do local, esta pode ser uma camada de rocha , ou hardpan, ou outras camadas densas e fortes. Tanto o diâmetro da pilha quanto a profundidade da pilha são altamente específicos para as condições do solo, condições de carregamento e natureza do projeto. A profundidade da pilha pode variar substancialmente ao longo de um projeto se a camada de apoio não estiver nivelada. As estacas perfuradas podem ser testadas usando uma variedade de métodos para verificar a integridade da estaca durante a instalação.

Estacas escareadas

As estacas escareadas têm bases alargadas formadas mecanicamente com até 6 m de diâmetro. A forma é a de um cone invertido e só pode ser formada em solos estáveis. O diâmetro da base maior permite maior capacidade de carga do que uma pilha de eixo reto.

Essas estacas são adequadas para solos expansivos, que muitas vezes estão sujeitos a variações sazonais de umidade, ou para estratos frouxos ou moles. Eles são usados ​​em condições normais de solo também onde a economia é favorável.

A fundação de estacas escareadas é usada para os seguintes solos: -

1. As estacas escareadas são usadas em solo de algodão preto: este tipo de solo se expande quando entra em contato com a água e a contração ocorre quando a água é removida. Para que surjam fissuras na construção feita sobre tal argila. Uma pilha escareada é usada na base para remover este defeito.

2. As estacas escareadas são usadas em solo desatualizado de baixa capacidade de suporte (solo preenchido)

3.Sob estacas escareadas são usadas em solo arenoso quando o lençol freático é alto.

4. São usadas estacas escareadas onde as forças de levantamento aparecem na base da fundação.

Pilha de Augercast

Uma estaca de trado vazado, freqüentemente conhecida como pilha de trado de vôo contínuo (CFA), é formada perfurando no solo com um trado de vôo contínuo de haste oca até a profundidade necessária ou grau de resistência. Nenhuma caixa é necessária. Uma mistura de argamassa de cimento é então bombeada para baixo da haste da broca. Enquanto a argamassa de cimento é bombeada, a broca é lentamente retirada, transportando o solo para cima ao longo dos voos. Um eixo de argamassa de cimento fluido é formado ao nível do solo. O reforço pode ser instalado. Inovações recentes, além do controle de qualidade rigoroso, permitem que as gaiolas de reforço sejam colocadas em todo o comprimento de uma pilha, quando necessário.

As estacas de Augercast causam perturbação mínima e são freqüentemente usadas em locais sensíveis ao ruído e ao meio ambiente. As estacas de Augercast geralmente não são adequadas para uso em solos contaminados, devido aos altos custos de descarte de resíduos. Em casos como esses, uma estaca de deslocamento (como as estacas Olivier ) pode fornecer a eficiência de custo de uma estaca moldada e um impacto ambiental mínimo. Em solo contendo obstruções ou paralelepípedos e pedregulhos, as estacas de augercast são menos adequadas, pois podem ser encontradas rejeições acima da elevação da ponta da estaca projetada.

Cais e fundação de viga de nível

Em fundações de pilares perfurados, os pilares podem ser conectados com vigas de nivelamento nas quais a estrutura assenta, às vezes com cargas pesadas de coluna diretamente sobre os pilares. Em algumas construções residenciais, os pilares são estendidos acima do nível do solo e vigas de madeira apoiadas nos pilares são usadas para apoiar a estrutura. Este tipo de fundação resulta em um espaço de rastreamento sob o edifício, no qual a fiação e os dutos podem ser instalados durante a construção ou remodelagem.

Pilhas especiais

Jet-piles

Em estacas a jato, água de alta pressão é usada para assentar as estacas. Água de alta pressão corta o solo com um fluxo de jato de alta pressão e permite que a pilha seja montada. Uma vantagem do Jet Piling: o jato de água lubrifica a pilha e amacia o solo. O método está em uso na Noruega.

Micropilhas

As micropilhas, também chamadas de mini-estacas, são frequentemente utilizadas como base . Eles também são usados ​​para criar fundações para uma variedade de tipos de projetos, incluindo projetos de rodovias , pontes e torres de transmissão . Eles são especialmente úteis em locais com acesso difícil ou restrito ou com sensibilidade ambiental. As micropilhas são feitas de aço com diâmetros de 60 a 200 mm. A instalação de microestacas através da cobertura do solo, areia e paralelepípedos e na rocha do solo pode ser realizada usando perfuração rotativa a ar ou lama, acionamento de impacto, levantamento, vibração ou aparafusamento. Micropilhas também podem ser usadas para construir uma coluna de argamassa ao redor do eixo de um sistema de estacas helicoidais, permitindo o uso em aplicações de carga mais elevada.

Pilhas de tripé

O uso de tripé para instalação de estacas é uma das formas mais tradicionais de formação de estacas. Embora os custos unitários sejam geralmente mais altos do que com a maioria das outras formas de empilhamento, ele tem várias vantagens que garantiram seu uso contínuo até os dias de hoje. O sistema de tripé é fácil e barato de trazer para o local, tornando-o ideal para trabalhos com um pequeno número de pilhas.

Estacas-pranchas

Estacas pranchas são usadas para conter o solo mole acima da rocha nesta escavação

A estaca-prancha é uma forma de estaca-prancha que usa folhas finas de aço entrelaçadas para obter uma barreira contínua no solo. A principal aplicação das estacas-pranchas é na construção de muros de contenção e ensecadeiras para permitir o prosseguimento das obras permanentes. Normalmente, martelo vibratório, guindaste em T e perfuração lenta são usados ​​para estabelecer estacas-pranchas.

Pilhas de soldados

Uma parede de pilha de soldado usando travessas de ferrovia recuperadas como lag.

As estacas-estacas, também conhecidas como estacas-pranchas ou muros de Berlim, são construídas com seções H de aço de flange largas espaçadas cerca de 2 a 3 m uma da outra e são cravadas antes da escavação. Conforme a escavação prossegue, folhas de madeira horizontais (revestimento) são inseridas atrás dos flanges da estaca H.

As pressões de terra horizontais estão concentradas nas estacas de soldados por causa de sua rigidez relativa em comparação com o atraso. O movimento e subsidência do solo são minimizados mantendo o revestimento em firme contato com o solo.

As estacas soldadas são mais adequadas em condições onde paredes bem construídas não resultam em subsidência, como argilas super-consolidadas, solos acima do lençol freático se tiverem alguma coesão e solos de drenagem livre que podem ser efetivamente desidratados, como areias.

Solos inadequados incluem argilas moles e solos fracos que permitem grandes movimentos, como areias soltas. Também não é possível estender a parede além do fundo da escavação, e a desidratação é freqüentemente necessária.

Pilhas de parafuso

As estacas de parafuso , também chamadas de pilares helicoidais e fundações de parafuso , têm sido usadas como fundações desde meados do século 19 em faróis de estacas de parafuso . As estacas roscadas são tubos de ferro galvanizado com aletas helicoidais que são viradas para o solo por máquinas até a profundidade necessária. O parafuso distribui a carga para o solo e é dimensionado de acordo.

Pilhas de sucção

As estacas de sucção são usadas debaixo d'água para proteger plataformas flutuantes. As estacas tubulares são cravadas no fundo do mar (ou mais comumente caídas alguns metros em um fundo do mar macio) e, em seguida, uma bomba suga a água no topo do tubular, puxando a pilha ainda mais para baixo.

As proporções da pilha (diâmetro à altura) dependem do tipo de solo. A areia é difícil de penetrar, mas oferece boa capacidade de retenção, de modo que a altura pode ser tão curta quanto metade do diâmetro. Argilas e lamas são fáceis de penetrar, mas oferecem baixa capacidade de retenção, de modo que a altura pode chegar a oito vezes o diâmetro. A natureza aberta do cascalho significa que a água fluiria através do solo durante a instalação, causando um fluxo de 'tubulação' (onde a água ferve por caminhos mais fracos através do solo). Portanto, as estacas de sucção não podem ser usadas em fundos marinhos de cascalho.

Pilhas de gelo

Pilhas de congelamento apoiando um edifício em Utqiaġvik , Alasca

Em altas latitudes, onde o solo está continuamente congelado , as estacas de gelo são usadas como o método de fundação estrutural primário.

As pilhas de gelo derivam sua força da ligação do solo congelado ao seu redor com a superfície da pilha.

As fundações das pilhas de congelamento são particularmente sensíveis em condições que causam o derretimento do permafrost. Se um edifício for construído incorretamente, ele pode derreter o solo abaixo, resultando em uma falha do sistema de fundação.

Colunas de pedra vibrada

As colunas de pedra vibrada são uma técnica de melhoramento do solo em que as colunas de agregado graúdo são colocadas em solos com pouca drenagem ou capacidade de suporte para melhorar os solos.

Pilhas de hospital

Específicas para estruturas marítimas, as estacas hospitalares (também conhecidas como estacas de forca) são construídas para fornecer suporte temporário aos componentes da estrutura marítima durante os trabalhos de reforma. Por exemplo, ao remover um pontão de rio, a sobrancelha será presa à pilha de hospital para apoiá-la. São pilhas normais, geralmente com uma corrente ou gancho.

Paredes empilhadas

Estacas-prancha, perto de uma ponte, foram usadas para bloquear um canal em Nova Orleans depois que o furacão Katrina o danificou.

Estes métodos de construção de muros de contenção empregam técnicas de estacas perfuradas, normalmente CFA ou rotativas. Eles oferecem vantagens especiais onde o espaço de trabalho disponível exige que as faces de escavação do porão sejam verticais. Ambos os métodos oferecem eficácia técnica e oferecem um meio temporário ou permanente de baixo custo de reter as laterais das escavações a granel, mesmo em estratos que contenham água. Quando usadas em obras permanentes, essas paredes podem ser projetadas para acomodar cargas verticais, além de momentos e forças horizontais . A construção de ambos os métodos é igual à das estacas de sustentação da fundação. As paredes contíguas são construídas com pequenos intervalos entre as estacas adjacentes. O tamanho deste espaço é determinado pela resistência dos solos.

Paredes secantes empilhadas

As paredes da estaca secante são construídas de forma que o espaço seja deixado entre as estacas "fêmeas" alternadas para a construção subsequente das estacas "machos". A construção de estacas 'masculinas' envolve perfurar o concreto no orifício das estacas 'fêmeas' para chavear as estacas 'masculinas' entre elas. A estaca macho é aquela onde as gaiolas de reforço de aço são instaladas, embora em alguns casos as estacas fêmeas também sejam armadas.

As paredes empilhadas secantes podem ser realmente duras / duras, duras / intermediárias (firmes) ou duras / macias, dependendo dos requisitos do projeto. Duro refere-se ao concreto estrutural e firme ou macio é geralmente uma mistura de argamassa mais fraca contendo bentonita. Todos os tipos de parede podem ser construídos como cantiléveres independentes ou podem ser apoiados se o espaço e o projeto da subestrutura permitirem. Onde os acordos de parede partidária permitirem, as âncoras de solo podem ser usadas como amarras.

Paredes de lama

Uma parede de lama é uma barreira construída sob o solo usando uma mistura de bentonita e água para evitar o fluxo de água subterrânea. Uma trincheira que desmoronaria devido à pressão hidráulica no solo circundante não desmorona porque a lama equilibra a pressão hidráulica.

Técnicas de mistura profunda / estabilização de massa

Estas são essencialmente variações de reforços in situ na forma de estacas (como mencionado acima), blocos ou volumes maiores.

Cimento, cal / cal viva, flyash, lama e / ou outros aglutinantes (às vezes chamados de estabilizante) são misturados ao solo para aumentar a capacidade de suporte. O resultado não é tão sólido quanto o concreto, mas deve ser visto como uma melhoria da capacidade de suporte do solo original.

A técnica é mais frequentemente aplicada em argilas ou solos orgânicos como a turfa . A mistura pode ser realizada bombeando o ligante para o solo misturando-o com um dispositivo normalmente montado em uma escavadeira ou escavando as massas, misturando-as separadamente com os ligantes e recarregando-as na área desejada. A técnica também pode ser usada em massas levemente contaminadas como meio de aglutinar contaminantes, em vez de escavá-los e transportá-los para aterros sanitários ou processamento.

Materiais

Madeira

Como o nome indica, as estacas de madeira são feitas de madeira .

Historicamente, a madeira tem sido um recurso abundante localmente disponível em muitas áreas. Hoje, as estacas de madeira ainda são mais acessíveis do que concreto ou aço. Em comparação com outros tipos de estacas (aço ou concreto), e dependendo da fonte / tipo de madeira, as estacas de madeira podem não ser adequadas para cargas mais pesadas.

Uma consideração principal a respeito das estacas de madeira é que elas devem ser protegidas do apodrecimento acima do nível do lençol freático . A madeira durará muito tempo abaixo do nível do lençol freático. Para a madeira apodrecer, são necessários dois elementos: água e oxigênio. Abaixo do nível do lençol freático, falta oxigênio dissolvido, embora haja bastante água. Conseqüentemente, a madeira tende a durar muito tempo abaixo do nível do lençol freático. Em 1648, o Palácio Real de Amsterdã foi construído sobre 13.659 estacas de madeira que ainda sobrevivem hoje por estarem abaixo do nível do lençol freático. A madeira a ser usada acima do lençol freático pode ser protegida da decomposição e dos insetos por várias formas de preservação da madeira usando tratamento de pressão ( quaternário de cobre alcalino (ACQ), arseniato de cobre cromado (CCA), creosoto , etc.).

A emenda de estacas de madeira ainda é bastante comum e é o mais fácil de todos os materiais de estaca para emendar. O método normal de emenda é cravando a estaca guia primeiro, cravando um tubo de aço (normalmente 60–100 cm de comprimento, com um diâmetro interno não menor que o diâmetro mínimo do dedo do pé) com metade de seu comprimento na extremidade da estaca guia. A pilha seguidora é então simplesmente encaixada na outra extremidade do tubo e a cravação continua. O tubo de aço existe simplesmente para garantir que as duas peças sigam uma à outra durante a condução. Se a capacidade de elevação for necessária, a emenda pode incorporar parafusos, parafusos de ônibus, espigões ou semelhantes para dar a capacidade necessária.

Ferro

O ferro pode ser usado para empilhar. Eles podem ser dúcteis .

Aço

Ilustração em corte. Estacas de tubos profundamente inclinadas (batidas) suportam uma passagem aérea segmentada pré-moldada onde as camadas superiores do solo são lamas fracas.

As estacas tubulares são um tipo de fundação de estacas cravadas em aço e são boas candidatas para estacas inclinadas ( batidas ).

As estacas tubulares podem ser cravadas na extremidade aberta ou fechada. Quando conduzido pela extremidade aberta, o solo pode entrar na parte inferior do cano ou tubo. Se um tubo vazio for necessário, um jato de água ou uma broca pode ser usado para remover a sujeira interna após a condução. As estacas tubulares fechadas são construídas cobrindo o fundo da estaca com uma placa de aço ou sapata de aço fundido.

Em alguns casos, as estacas de tubos são preenchidas com concreto para fornecer capacidade de momento adicional ou resistência à corrosão. No Reino Unido, isso geralmente não é feito para reduzir o custo. Nesses casos, a proteção contra corrosão é fornecida permitindo uma espessura de sacrifício do aço ou adotando um grau superior de aço. Se uma estaca tubular preenchida com concreto estiver corroída, a maior parte da capacidade de carga da estaca permanecerá intacta devido ao concreto, enquanto será perdida em uma estaca tubular vazia. A capacidade estrutural das estacas tubulares é calculada principalmente com base na resistência do aço e na resistência do concreto (se preenchido). Uma tolerância é feita para corrosão dependendo das condições do local e dos códigos de construção locais. As estacas de tubos de aço podem ser de aço novo fabricado especificamente para a indústria de estacas ou revestimento tubular de aço recuperado anteriormente usado para outros fins, como exploração de petróleo e gás.

As estacas-H são vigas estruturais que são cravadas no solo para aplicação de fundação profunda. Eles podem ser facilmente cortados ou unidos por solda ou splicers de acionamento mecânico. Se a pilha for cravada em um solo com baixo valor de pH , então há risco de corrosão, epoxi de alcatrão de carvão ou proteção catódica podem ser aplicadas para retardar ou eliminar o processo de corrosão. É comum permitir uma quantidade de corrosão no projeto simplesmente superdimensionando a área da seção transversal da estaca de aço. Dessa forma, o processo de corrosão pode se prolongar por até 50 anos.

Estacas de concreto protendido

As estacas de concreto são normalmente feitas com reforço de aço e tendões de protensão para obter a resistência à tração necessária, para sobreviver ao manuseio e cravação e para fornecer resistência à flexão suficiente.

Pilhas longas podem ser difíceis de manusear e transportar. As juntas de estacas podem ser usadas para unir duas ou mais estacas curtas para formar uma estaca longa. As juntas de estaca podem ser usadas com estacas de concreto pré-moldado e protendido.

Estacas compostas

Uma "estaca composta" é uma estaca feita de elementos de aço e concreto que são fixados de ponta a ponta para formar uma única estaca. É uma combinação de materiais diferentes ou materiais com formas diferentes, como tubos e vigas H ou aço e concreto.

'Jaquetas' envolvendo velhas estacas de concreto em um ambiente de água salgada para evitar a corrosão e o consequente enfraquecimento das estacas quando as rachaduras permitem que a água salgada entre em contato com as barras de reforço de aço internas

Veja também

Notas

Referências

links externos