CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
Luís Henrique Thier
APLICAÇÃO DAS FÓRMULAS DINÂMICAS PARA CONTROLE E AVALIAÇÃO
DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO
PARA UM PERFIL GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO DE UM TERRENO DE SANTA
CRUZ DO SUL - RS
Santa Cruz do Sul
2013
UNIVERSIDADE DE SANTA CRUZ DO SUL
Luís Henrique Thier
APLICAÇÃO DAS FÓRMULAS DINÂMICAS PARA CONTROLE E AVALIAÇÃO
DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO
PARA UM PERFIL GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO DE UM TERRENO DE SANTA
CRUZ DO SUL - RS
Santa Cruz do Sul
2013
Luís Henrique Thier
APLICAÇÃO DAS FÓRMULAS DINÂMICAS PARA CONTROLE E AVALIAÇÃO
DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO
PARA UM PERFIL GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO DE UM TERRENO DE SANTA
CRUZ DO SUL - RS
Trabalho de conclusão apresentado ao
Curso
de
Engenharia
Civil
da
Universidade de Santa Cruz do Sul para
obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador:
Nervis
Santa Cruz do Sul
2013
Prof.
Ms.
Leandro
Olivio
Luís Henrique Thier
APLICAÇÃO DAS FÓRMULAS DINÂMICAS PARA CONTROLE E AVALIAÇÃO
DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO
PARA UM PERFIL GEOLÓGICO-GEOTÉCNICO DE UM TERRENO DE SANTA
CRUZ DO SUL - RS
Este trabalho de conclusão foi submetido ao
Curso de Engenharia Civil, Universidade de
Santa Cruz do Sul – UNISC para obtenção
do título de Engenheiro Civil.
Professor Eng. Ms. Leandro Olívio Nervis
Professor Orientador
Professor Eng. Ms. João Rodrigo Guerreiro Mattos
Professor Examinador
Professor Eng. Ms. José Antônio Rohlfes Jr.
Professor Examinador
Santa Cruz do Sul
2013
Até os jovens se cansam, e os moços
tropeçam e caem; mas os que confiam no
Senhor recebem sempre novas forças.
Voam nas alturas como águias, correm e
não perdem as forças, andam e não se
cansam.
(Isaías 40. 30-31, NTLH)
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, por me acompanhar em todos esses anos de
caminhada, dando a mim sabedoria, inteligência, disciplina, autocontrole, força e
coragem para enfrentar todos os desafios e adversidades que passei nesses anos
de estudo. Obrigado por me mostrar e me ajudar a seguir pelos caminhos que
Senhor preparou para mim.
A meus pais Lúcio e Marta Thier, pelo amor, carinho, dedicação, confiança e
paciência nesses anos de caminhada. O sucesso dessa conquista certamente passa
por vocês dois. Vocês sempre serão um espelho para minha vida. Eu amo vocês,
muito obrigado!
A minha irmã Daniela Thier Rollof e sua família, André e Rafaela. Obrigado por
todos os conselhos e ajuda, sempre seguirei o teu exemplo de perseverança e
dedicação.
Agradeço também ao amigo e orientador dessa pesquisa, professor e
engenheiro Leandro Olívio Nervis. Obrigado pelo apoio e dedicação, obrigado pela
transmissão de conhecimentos e por dedicar tempo para a realização dessa
conquista.
Agradeço também a todos os professores com quem tive convívio, agradeço a
paciência e a dedicação nesses anos de aprendizagem.
Ao engenheiro Auro Schilling e a toda equipe da empresa Estacas Brasil
Limitada. O apoio de vocês foi de fundamental importância para a realização desse
trabalho.
A todos os meus amigos e pessoas que de alguma forma contribuíram para a
realização dessa pesquisa. Muito obrigado.
RESUMO
Considerando que mesmo sendo a solução mais simples para a maioria dos
problemas de fundações, as estacas escavadas tradicionais nem sempre possuem
as devidas condições de serem implantadas, pois alguns fatores presentes no local
da obra eventualmente impedem tal emprego. Assim, com o passar do tempo, fez-se
necessário à criação de novas tecnologias para solucionar tais problemas, e as
estacas pré-moldadas se enquadram nesse contexto. Podendo ser constituídas de
apenas um material, como por exemplo, madeira e aço, ou dois materiais, como
concreto armado, as estacas pré-moldadas apresentam-se como a solução
tecnológica mais indicada quando o solo possui lençol freático próximo à superfície,
quando o mesmo é composto basicamente por areias e quando há risco de
desmoronamentos na execução do fuste quando a estaca é escavada. Então, a
execução das estacas pré-moldadas foi se tornando algo corriqueiro, e observou-se
que, especialmente as pré-moldadas de concreto, apresentavam-se uma solução
econômica bastante atraente em relação a outras estacas cravadas, com perfil
metálico, por exemplo. Frente a isso, surgiu à necessidade da criação de um
sistema de controle de qualidade dessas estacas que comprovassem as
capacidades de carga determinadas com os Métodos Semiempíricos tradicionais, e
os sistemas de controle mais usados atualmente, tratando-se cravação a percussão
de estacas pré-moldadas de concreto, são as Fórmulas Dinâmicas. Com base em
tudo isso, o objetivo principal desse trabalho consistiu em realizar uma análise
comparativa entre os valores de capacidade de carga geotécnica de estacas prémoldadas de concreto determinados com os Métodos Semiempíricos de
dimensionamento Aoki & Velloso (1975) e Decourt & Quaresma (1978) e aqueles
obtidos com o emprego das Fórmulas Dinâmicas para determinado perfil geológicogeotécnico de um terreno localizado na cidade de Santa Cruz do Sul - RS. Tomouse como ponto de partida a análise do perfil geológico-geotécnico elaborado a partir
dos resultados dos ensaios SPT realizados no terreno em questão. Foi realizado o
controle da nega durante a execução das estacas pré-moldadas de concreto, o que
possibilitou a obtenção dos valores de capacidades de carga através do emprego
das Fórmulas Dinâmicas. Em paralelo a isso, foram determinadas as capacidades
de carga com a aplicação dos Métodos Semiempíricos, sendo então efetuada uma
análise comparativa entre os resultados obtidos.
Palavras-chave: Solos, fundações e estacas pré-moldadas.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Capacete usado em estacas pré-moldadas de concreto ......................... 58
Figura 2 – Equipamento para cravação a percussão de estacas .............................. 58
Figura 3 – Planta de fundação e localização dos pontos de sondagem SPT ........... 59
Figura 4 – Localização da obra no centro urbano de Santa Cruz do Sul ................. 60
Figura 5 – Mapa geológico de Santa Cruz do Sul .................................................... 61
Figura 6 – SPT 01 ..................................................................................................... 62
Figura 7 – SPT 02 ..................................................................................................... 63
Figura 8 – Perfil geológico-geotécnico do terreno segundo o Ensaio SPT .............. 42
Figura 9 – Depósito das peças no canteiro de obras ............................................... 46
Figura 10 – Rolos e cepos de madeira para posicionamento e deslocamento da
máquina no canteiro de obras .................................................................................. 47
Figura 11 – Içamento da peça com o capacete de proteção .................................... 48
Figura 12 – Verificação do prumo da torre do bate-estaca ...................................... 49
Figura 13 – Verificação do prumo da estaca pré-moldada de concreto ................... 49
Figura 14 – Cavalete para a aferição da nega ......................................................... 50
Figura 15 – Medição da nega ................................................................................... 51
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Coeficientes de minoração
2
e
1 ........................................................... 31
Tabela 2 – Decourt & Quaresma (1978) ................................................................... 44
Tabela 3 – Aoki & Velloso (1975) .............................................................................. 45
Tabela 4 – Valores de nega para as estacas controladas ......................................... 51
Tabela 5 – Capacidade de carga admissível de acordo com as Fórmulas Dinâmicas
(KN) ........................................................................................................................... 52
Tabela 6 – Valores de capacidade admissível de carga (KN) ................................... 54
Tabela 7 – Coeficientes F1 e F2 ................................................................................. 64
Tabela 8 – Coeficientes K e
................................................................................... 65
Tabela 9 – Coeficientes C ......................................................................................... 66
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 13
1.1 Área e limitação do tema .................................................................................. 14
1.2 Objetivo geral .................................................................................................... 14
1.3 Objetivos específicos........................................................................................ 14
1.4 Justificativas...................................................................................................... 15
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .................................................................................. 16
2.1 Fundações ......................................................................................................... 16
2.1.1 Fundações superficiais.................................................................................. 16
2.1.2 Fundações profundas .................................................................................... 16
2.1.2.1 Estacas escavadas ...................................................................................... 17
2.1.2.2 Estacas de deslocamento........................................................................... 17
2.2 Estacas pré-moldadas de concreto ................................................................. 17
2.2.1 Fabricação das estacas pré-moldadas de concreto.................................... 18
2.2.2 Capacidade estrutural das estacas pré-moldadas de concreto ................. 18
2.2.3 Processo executivo das estacas pré-moldadas .......................................... 19
2.2.3.1 Cravação por percussão............................................................................. 19
2.2.3.1 Cravação por prensagem (estacas tipo Mega) ......................................... 20
2.2.3.1 Cravação por vibração ................................................................................ 21
2.2.4 Emendas e ligação estaca/bloco .................................................................. 21
2.3 Controles da qualidade na execução de estacas pré-moldadas de concreto
.................................................................................................................................. 22
2.3.1 Provas de carga estática ............................................................................... 22
2.3.2 Controle da nega ............................................................................................ 22
2.3.3. Controle do repique ...................................................................................... 23
2.4 Sondagens de investigação do subsolo ......................................................... 24
2.4.1 Horizontes constituintes de um perfil pedogenético .................................. 24
2.4.2 Camadas constituintes de um perfil geológico-geotécnico ....................... 25
2.4.3 Sondagem SPT ............................................................................................... 25
2.4.2.1 Definições e equipamentos constituintes ................................................. 25
2.4.2.2 Procedimentos ............................................................................................ 26
2.4.2.3 Amostragem ................................................................................................ 26
2.5 Métodos Semiempíricos de dimensionamento da capacidade de carga ..... 27
2.5.1 Método Aoki & Velloso (1975) ....................................................................... 27
2.5.2 Método Decourt & Quaresma (1978) ............................................................. 29
2.5.3 Dimensionamento geotécnico ...................................................................... 30
2.5.3.1 Método dos valores admissíveis ............................................................... 30
2.5.3.2 Método dos valores de projeto .................................................................. 30
2.5.3.3 Método alternativo para a obtenção da resistência de projeto ............... 30
2.6 Estimativas de carga com a aplicação das Fórmulas Dinâmicas ................. 31
2.6.1 Fórmulas de Wellington ................................................................................. 32
2.6.2 Incorporação da Lei de Choque de Newton ................................................. 33
2.6.3 Fórmula dos Holandeses ............................................................................... 34
2.6.4 Fórmula de Janbu........................................................................................... 34
2.6.5 Fórmula dos Dinamarqueses ........................................................................ 35
2.6.6 Fórmula de Hiley ............................................................................................ 35
2.6.7 Fórmula de Brix .............................................................................................. 36
3 METODOLOGIA .................................................................................................... 38
4 DESCRIÇÃO GERAL DA OBRA E DO MEIO EXPERIMENTAL .......................... 39
4.1 Descrição do projeto e da obra a ser implantada ........................................... 39
4.2 Caracterização geológica-geotécnica e pedológica do local ........................ 39
4.3 Análise do perfil geológico-geotécnico obtido através do Ensaio SPT ....... 40
4.4 Análise do perfil referente ao SPT-01 .............................................................. 41
4.5 Análise do perfil referente ao SPT-02 .............................................................. 41
4.6 Camadas constituintes do perfil geológico-geotécnico ................................ 42
4.7 Escolha do tipo de fundação segundo o Ensaio SPT .................................... 43
5
CAPACIDADES
DE
CARGA
DETERMINADAS
COM
OS
MÉTODOS
SEMIEMPÍRICOS ..................................................................................................... 44
5.1 Capacidade de carga de acordo com Decourt & Quaresma (1978) .............. 44
5.2 Capacidade de carga de acordo com Aoki & Velloso (1975) ......................... 44
5.3 Análise dos Métodos Semiempíricos .............................................................. 45
6 CONTROLE DE CAMPO E APLICAÇÃO DAS FÓRMULAS DINÂMICAS .......... 46
6.1 Controle de campo ............................................................................................ 46
6.2 Valores de nega obtidos para cada estaca controlada .................................. 51
6.3 Aplicações das Fórmulas Dinâmicas .............................................................. 52
6.4 Análise das Fórmulas Dinâmicas .................................................................... 52
7 CONCLUSÃO ........................................................................................................ 54
7.1 Análise comparativa das capacidades de carga determinadas com os
Métodos Semiempíricos e as Fórmulas Dinâmicas ............................................. 54
8 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 56
ANEXO A – Figuras 1 e 2 ........................................................................................ 58
ANEXO B – Planta de fundação e localização dos pontos de sondagem SPT . 59
ANEXO C – Localização da obra no centro urbano de Santa Cruz do Sul ......... 60
ANEXO D – Mapa geológico da cidade de Santa Cruz do Sul ............................. 61
ANEXO E – SPT 01 .................................................................................................. 62
ANEXO F – SPT 02 .................................................................................................. 63
ANEXO G – Tabela 7 ............................................................................................... 64
ANEXO H – Tabela 8 ................................................................................................ 65
ANEXO I – Tabela 9 ................................................................................................. 66
13
1 INTRODUÇÃO
Desde os tempos pré-históricos as estacas vêm marcando um importante papel
no meio civil. Esses elementos eram uma boa solução para uma série de situações
nas obras, como por exemplo, construções em regiões pantanosas ou em áreas
onde materiais mais resistentes eram escassos (VELLOSO e LOPES, 2010).
Considerando que mesmo sendo a solução para a maioria dos problemas, as
estacas escavadas tradicionais nem sempre tinham as devidas condições de serem
implantadas, pois o tipo de solo presente no local da obra impedia tal ato. Por isso,
com o passar do tempo, se fez necessário o uso de novas tecnologias para
solucionar tais problemas, e as estacas pré-moldadas se enquadram nesse grupo.
Podendo ser constituídas de apenas um material, como por exemplo, madeira
e aço, ou dois materiais, como concreto armado, as estacas pré-moldadas são a
solução tecnológica mais indicada quando o solo apresenta lençol freático próximo
da superfície, quando o mesmo é composto basicamente por areias e quando há
risco de desmoronamentos na execução do fuste pelos equipamentos de
escavação.
Então, a execução das estacas pré-moldadas foi se tornando algo corriqueiro,
e observou-se que, especialmente as pré-moldadas de concreto, apresentavam-se
uma solução econômica bastante atraente em relação a outras estacas cravadas,
com perfil metálico, por exemplo. Frente a isso, surgiu à necessidade da criação de
um sistema de controle de qualidade dessas estacas que comprovassem as
capacidades de carga determinadas com os Métodos Semiempíricos tradicionais.
Cita-se como um dos sistemas mais conhecidos, as Fórmulas Dinâmicas.
Essas fórmulas aplicam leis da física levando em consideração que o processo de
cravação das estacas pré-moldadas é um fenômeno dinâmico (VELLOSO e LOPES,
2010).
Segundo Alonso (2011), o controle de qualidade na cravação das estacas prémoldadas, em especial a aplicação das Fórmulas dinâmicas, é de suma importância,
pois é através desses sistemas que é possível aferirem a existência de três
importantes fatores em um projeto de fundações: segurança, funcionalidade e
durabilidade.
14
1.1 Área e limitação do tema
A pesquisa possui como foco principal um estudo sobre a aplicabilidade das
Fórmulas Dinâmicas para a avaliação de capacidade de carga geotécnica de
estacas pré-moldadas de concreto e seu emprego no controle de execução desse
tipo de estaca para determinado perfil geotécnico de um terreno localizado na cidade
de Santa Cruz do Sul - RS.
Primeiramente, será realizada uma abordagem sobre os vários tipos de
fundações profundas e, em especial, sobre as estacas pré-moldadas de concreto.
Detalhes relativos às sondagens SPT e Métodos Semi Empíricos Aoki & Velloso e
Decourt & Quaresma para a determinação da capacidade de carga geotécnica a
nível de projeto serão observados e se constituirão parte integrante do presente
estudo.
O desenvolvimento do trabalho será focado na área da engenharia geotécnica,
com ênfase em engenharia de fundações, sendo demandados conhecimentos de
geologia de engenharia, mecânica dos solos e fundações.
1.2 Objetivo geral
O objetivo geral do trabalho consiste em realizar uma análise comparativa entre
os valores de capacidade de carga geotécnica de estacas pré-moldadas de concreto
determinados com os Métodos Semiempíricos de dimensionamento Aoki & Velloso
(1975) e Decourt & Quaresma (1978) e aqueles obtidos com o emprego das
Fórmulas Dinâmicas para determinado perfil geológico-geotécnico de um terreno
localizado na cidade de Santa Cruz do Sul - RS.
1.3 Objetivos específicos
Os objetivos específicos constituíram-se do acompanhamento sob um olhar
crítico dos procedimentos da realização de uma sondagem SPT e a emissão do
respectivo
relatório,
a
aplicação
prática
dos
Métodos
Semiempíricos
de
dimensionamento já mencionados para a determinação da capacidade de carga
geotécnica de estacas pré-moldadas, a aplicação prática do monitoramento da nega
durante a execução de estacas pré-moldadas e os aspectos relacionados e a
15
verificação da validade desse procedimento no controle de execução de estacas
pré-moldadas de concreto.
1.4 Justificativas
As fundações são parte constituinte da estrutura de qualquer obra civil, pois
são responsáveis por transmitir de forma tecnicamente adequada os esforços para o
solo. Dessa forma, assim como outros elementos, devem oferecer, sob a ação de
carregamentos, garantias de qualidade, segurança e funcionalidade, observados
também os critérios de economicidade.
A partir disso, Alonso (1991) salienta que, para garantir tais características, às
fundações devem ser apoiadas por três características básicas: um bom projeto, um
bom controle e uma boa execução, sendo que o controle constitui uma das etapas
mais importantes.
Portanto, quando se trata de estacas pré-moldadas de concreto, sendo estas
devidamente dimensionadas com métodos comprovados por sua eficiência, o
controle das capacidades de carga das mesmas pode ser feito com a monitoração
das negas durante a execução. Uma vez garantidos estes dados aplicam-se a
Teoria das Fórmulas Dinâmicas que proverão o engenheiro de dados confiáveis
para a determinação da qualidade e posterior aprovação ou não destes elementos.
Estes procedimentos são imprescindíveis e nunca devem ser ignorados durante o
projeto e execução das estacas pré-moldadas de concreto.
Nesse contexto, se encontram disponíveis na literatura técnica diversas
Fórmulas Dinâmicas, as quais foram obtidas experimentalmente em vários tipos de
perfis geológico-geotécnicos e em diferentes países. Entretanto, essas fórmulas têm
sido largamente empregadas ao redor do mundo. Constata-se ser de grande
importância a realização de um estudo focado na busca de conclusões sobre a
aplicabilidade de tais fórmulas para situações específicas, como por exemplo, para o
caso de estacas pré-moldadas para determinado perfil geológico-geotécnico de um
terreno de Santa Cruz do Sul - RS. De forma paralela, o estudo permitirá também a
revisão e aplicação de diversos aspectos e técnicas referentes à engenharia de
fundações, o que contribui para a fixação e difusão do conhecimento na área.
16
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Fundações
Pode-se definir fundação como todo e qualquer elemento estrutural que tenha
a função de transmitir os esforços provenientes do sistema estrutural global de
qualquer edificação ao solo (NBR 6122, 2010). Entende-se que o principal papel das
fundações é resistir estruturalmente a esses esforços e também não provocar
ruptura do sistema solo-fundação, oferecendo, assim, recalques aceitáveis e que a
estrutura possa absorver sem oferecer riscos aos usuários.
Segundo Hachich et al. (1998), as fundações são separadas em dois grandes
grupos: fundações superficiais (ou rasas) e fundações profundas. A escolha do tipo
de fundação que será adotado dependerá de fatores básicos que deverão ser
analisados de acordo com a situação imposta pelo projeto. São vários os fatores,
mas primeiramente e o mais importante é o tipo de solo que se encontra no local
onde se deseja executar a obra e posição do nível de água. Cita-se, depois, a
proximidade de edifícios e o tipo de fundação que foi empregado neles, a limitação
dos tipos de fundações que estão disponíveis no mercado e a grandeza dos
carregamentos de projeto.
2.1.1 Fundações superficiais
A NBR 6122 (2010) descreve que fazem parte do grupo das fundações
superficiais ou rasas todos os elementos que transmitem os carregamentos ao solo
pela distribuição de tensão através da base. Deve-se também levar em conta que
estes elementos têm a ‘profundidade de assentamento em relação ao terreno duas
vezes menor que a dimensão de menor proporção.
As fundações que pertencem a esse grupo são as sapatas, os blocos, os
radiers, as sapatas corridas, as sapatas associadas e as vigas de fundação.
2.1.2 Fundações profundas
Segundo a NBR 6122 (2010), pode-se definir fundação profunda qualquer
elemento que transmita carregamento ao solo através de sua ponta, área lateral ou
17
a combinação das duas. É também importante salientar que o elemento deve estar
assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no
mínimo 3m. Fazem parte das fundações profundas as estacas, os tubulões e os
caixões.
A distinção de estacas, tubulões e caixões se dão basicamente pelos seus
métodos construtivos. Enquanto as estacas são executadas somente com
equipamentos e ferramentas, os tubulões e caixões utilizam a escavação manual em
algum momento do processo executivo.
A partir disso, é possível classificar as estacas seguindo vários critérios. Podem
ser classificadas de acordo com o material que as constituem (madeira, aço ou
concreto) ou conforme o efeito provocado no solo em decorrência do método
executivo empregado. Assim, seguindo o preceito desta segunda classificação, as
estacas são divididas em dois grandes grupos: estacas escavadas e estacas de
deslocamento (HACHICH et al., 1998).
2.1.2.1 Estacas escavadas
Como o próprio nome sugere, estacas escavadas são aquelas nas quais se
retira o solo com o uso de algum processo mecânico. Nesse grupo enquadram-se
todas as estacas moldadas in loco como, por exemplo, as estacas Strauss, Franki,
Rotativas com uso ou não de lama bentonítica e as Hélices Contínuas em geral.
2.1.2.2 Estacas de deslocamento
Nesse grupo encontram-se estacas nas quais o processo construtivo não
promove a retirada do solo. Podem ser citadas, como exemplo, as estacas cravadas
(pré-moldadas de concreto armado, aço e madeira) que na sua execução
“empurram” o solo lateralmente e para a ponta na medida em que avançam em
profundidade.
2.2 Estacas pré-moldadas de concreto
De acordo com Velloso e Lopes (2010), o concreto é o melhor material para
confecção das estacas. Sabe-se que a garantia de qualidade é fundamental, pois as
18
mesmas devem ser submetidas a um processo industrial no qual se tem rigoroso
controle de qualidade.
2.2.1 Fabricação das estacas pré-moldadas de concreto
As estacas pré-moldadas de concreto podem ser confeccionadas com o uso de
concreto armado simples ou concreto protendido, sendo que o concreto é adensado
por vibração ou centrifugação, levando em consideração que o primeiro é o de uso
mais corriqueiro (HACHICH et al., 1998).
O adensamento por centrifugação se dá basicamente pelo uso de uma fôrma
cilíndrica oca no qual a armadura é posicionada em seu interior e o concreto
adicionado regularmente por toda a fôrma. Essa fôrma é então disposta sobre
roletes que irão girar a velocidades constantes durante determinado período de
tempo. De acordo com Hachich et al. (1998), considerações quanto ao tipo de
concreto, tamanho dos agregados graúdos e miúdos e tempo de centrifugação são
de suma importância, pois esses fatores serão as variáveis que interferirão na boa
ou má qualidade do concreto pré-moldado, existindo a possibilidade da separação
dos materiais dentro da fôrma.
Já o adensamento por vibração consiste na simples colocação do concreto em
fôrmas de pré-fabricados e posterior vibração mecânica. Cabe lembrar que o
processo de cura do concreto se dá por vapor tanto no adensamento por vibração
ou por centrifugação garantindo ganho de resistência nas primeiras horas e
antecipação da desfôrma. A cura a vapor do concreto consiste na colocação da peça
pré-moldada dentro de uma câmara fechada onde existe a circulação de vapor
d’água pelo seu interior. O vapor pode ser gerado através de uma fonte calorífera e
é levado até a câmara por meio de tubulações.
2.2.2 Capacidade estrutural das estacas pré-moldadas de concreto
Como o foco do presente trabalho não é o dimensionamento estrutural das
estacas pré-moldadas, serão expostas apenas algumas considerações relevantes
referentes ao assunto.
A NBR 6122 (2010) prescreve que as estacas pré-moldadas de concreto
devem ser dimensionadas como elementos estruturais pré-fabricados. As tensões
19
atuantes no concreto podem variar de 6Mpa a 14Mpa e suas cargas de trabalho vão
girar em função direta das dimensões, taxa de armadura e do tipo de fabricação
desses elementos. Para se fazer uma melhor escolha é necessário consultar as
empresas que fabricam tais elementos, conhecendo assim as cargas admissíveis, a
fim de tornar o projeto melhor adequado para cada situação. É importante citar que a
nível de pré-projeto ou estudo de alternativas corriqueiramente são utilizadas tabelas
de referência para a escolha das estacas pré-moldadas.
2.2.3 Processo executivo das estacas pré-moldadas
As estacas pré-moldadas de concreto, as quais fazem parte do grupo de
estacas de deslocamento, podem ser executadas de várias formas. Citam-se como
as mais usuais, os processos de cravação por vibração, prensagem e percussão
(HACHICH et al, 1998).
2.2.3.1 Cravação por percussão
A forma mais conhecida e usualmente adotada para a execução de estacas
pré-moldadas de concreto é a cravação por percussão. Usam-se basicamente duas
técnicas de execução nessa modalidade: os martelos de queda livre e os martelos
automáticos. (VELLOSO e LOPES, 2010).
Na primeira técnica o pilão é puxado para cima com o auxilio de um cabo de
aço. Ao atingir-se a altura de queda desejada, o cabo é solto, o pilão cai e aplica o
golpe na estaca. Nessa modalidade não é recomendado o uso do cabo dobrado,
mas sim a utilização de um cabo simples (HACHICH et al, 1998).
Na segunda técnica, os martelos automáticos baseiam-se na utilização de um
motor a combustão diesel que projeta o martelo para cima. Esta modalidade é mais
eficiente que os martelos de queda livre, pois é garantida uma maior frequência na
aplicação dos golpes sobre a estaca. Entretanto, cita-se como desvantagem a não
precisão na altura de queda do pilão, pois a força que faz o martelo ser projetado
para cima não é constante e influencia na altura de projeção.
Tanto nos martelos de queda livre como nos martelos automáticos é
necessária a preparação da peça pré-fabricada. Essa preparação consiste na
colocação de um capacete na cabeça da estaca onde o mesmo terá a função de
20
absorver parte das tensões que o pilão aplica que eventualmente poderiam danificar
o concreto na região superior da estaca.
Esse capacete é composto com uma peça metálica, sendo que em sua parte
superior é acoplado um cepo de madeira e na parte inferior um coxim também de
madeira. Além de ter a função de amortecer o impacto do pilão o capacete também
guia o martelo durante a queda para que o mesmo possa ser eficiente em seu
desempenho.
Um equipamento tradicional para cravação de estacas pré-moldadas encontrase no ANEXO A.
2.2.3.2 Cravação por prensagem (estacas tipo Mega)
O processo executivo de cravação por prensagem constitui-se por um sistema
onde a estaca é “empurrada” por macacos hidráulicos. Esses macacos hidráulicos
podem ser apoiados sobre uma plataforma ou na própria estrutura desde que esses
elementos ofereçam a resistência necessária para que as cargas impostas na
estaca não sejam transferidas para esses elementos de apoio.
Hachich et al. (1998) afirma que essa técnica de execução se sobressai às
outras porque durante a execução é realizada uma prova de carga com cerca de 1,5
vezes a carga de trabalho da mesma, como consequência do próprio processo
executivo. A partir disso pode-se dizer que o controle de qualidade nesses casos é
eficiente e atesta à técnica grande credibilidade.
Geralmente esse processo de cravação é empregado quando se deseja não
gerar no local da obra ruídos, vibrações no solo, sendo assim muito utilizada no
reforço de fundações. Cabe também ressaltar que a impossibilidade de instalação
de outros equipamentos no local da obra é fator determinante para a escolha dessa
modalidade. No que diz respeito ao tempo de execução, quando o sistema é
apoiado na estrutura, as estacas podem ser executadas simultaneamente com
outras etapas, mas se o apoio for sob plataforma compara-se o tempo de execução
com as estacas cravadas a percussão (VELLOSO e LOPES, 2010).
21
2.2.3.3 Cravação por vibração
Do contrário do processo de cravação por prensagem, a cravação por vibração
causa elevadas vibrações no solo que podem afetar edificações vizinhas. Por isso,
atualmente, não são empregadas com muita frequência.
O equipamento é constituído por um sistema de agarradeiras que são fixadas
na estaca, sendo em seguida acionado um motor que realiza o giro de duas massas
excêntricas que geram uma vibração de grande intensidade.
2.2.4 Emendas e ligação estaca/bloco
Como a maioria das estacas possui um tamanho limitado, é corriqueiro
acontecer em obras a necessidade de emendas dos elementos pré-moldados.
Essas emendas devem garantir a resistência necessária para a mesma suportar os
esforços gerados no processo de cravação bem como na utilização dessas peças
(HACHICH et al., 1998).
Basicamente, citam-se duas formas de executar tais emendas: usando anéis
de encaixe ou luvas metálicas do tipo “macho e fêmea” (HACHICH et al., 1998). É
permitido usar esses dois sistemas quando a peça é solicitada apenas por cargas de
compressão. Caso houver cargas tracionando a estaca ou momentos nela atuando,
a NBR 6122 (2010) indica para estes casos a utilização de luvas e anéis soldados,
estes sim resistentes aos esforços de tração e de momentos.
Outro detalhe importante é o que diz respeito às ligações das estacas prémoldadas de concreto com o bloco de coroamento. Primeiramente deve-se quebrar
o concreto e expor a armadura da estaca com uso de marteles e rompedores
específicos para este fim sempre observando a forma certa de posicionar as
ferramentas de quebra.
Se o concreto for danificado no topo da estaca após a cravação é indicada a
remoção do material comprometido e em seguida realizar o preenchimento da
estaca com grout. Esses cuidados devem ser tomados, pois é na parte superior da
estaca que os esforços atuantes na peça irão gerar maiores tensões.
22
2.3 Controles da qualidade na execução de estacas pré-moldadas de concreto
Uma das etapas mais importantes da execução de estacas pré-moldadas de
concreto está ligada ao controle de qualidade para verificar se a capacidade de
carga prevista no projeto está sendo atendida. Ao realizar esse controle, o
engenheiro estará apto a verificar se tais elementos atingiram a cota de projeto e se
o comportamento entre o elemento de fundação e o solo acontece sem nenhuma
anormalidade. Para tal, lança-se mão de métodos para realizar este controle, tais
como: a prova de carga estática e a aplicação dos Métodos Dinâmicos, sendo que
esses levam em consideração dados de nega e repique controlados em obra.
(ALONSO, 2011).
2.3.1 Provas de carga estática
Provas de carga estáticas consistem na aplicação de uma carga direta no
elemento pré-fabricado. Além de testar a capacidade de carga, esse ensaio também
determina o recalque correspondente (ALONSO, 2011).
Esse ensaio é considerado como a melhor maneira de determinar a
capacidade de carga de uma estaca pré-moldada, sendo que ele pode ser feito em
uma estaca isolada ou também em grupo de estacas que se unirão e compor um
bloco.
A prova de carga constitui-se de um macaco hidráulico que é apoiado sobre
uma base ou estacas de reação que pressionarão ou tracionarão a peça contra o
solo. Atualmente, esse ensaio não é muito usado por se tratar de um procedimento
de elevado custo e tempo.
2.3.2 Controle da nega
A nega é considerada a medida mais comumente observada no processo
executivo de estacas pré-moldadas de concreto cravadas a percussão. Define-se a
nega como a penetração efetiva da estaca após um golpe do pilão sobre a mesma.
Essa medida costuma ser feita com a penetração média depois de dez golpes
(ALONSO, 2011).
23
A medida da nega determinada em obra servirá de base para a aplicação das
Fórmulas Dinâmicas para verificação da capacidade de carga dos elementos préfabricados. As Fórmulas Dinâmicas serão abordadas com mais ênfase na sequência
deste trabalho, sendo que esta abordagem abrangerá também modelos teóricos
utilizados quando se aplica a nega para o controle da capacidade de carga.
Existem várias formas de se observar a nega de uma peça pré-moldada.
Segundo Velloso e Lopes (2010), a maneira mais simples consiste em colar um
papel na lateral da estaca e usar uma régua bi apoiada como referência, riscar com
um lápis uma marca inicial junto à régua, aplicar dez golpes com o pilão e repetir
novamente a marca no papel com um lápis. A distância entre as duas marcas feitas
com o lápis divididas pelos dez golpes resultará na nega obtida da peça. Entretanto,
existem atualmente técnicas mais modernas de se obter tais medidas. Pode-se
aplicar instrumentação eletrônica com o uso de sensores que farão as leituras de
forma mais precisa e fornecerão, portanto, dados mais confiáveis. Ainda assim,
devido ao alto custo e a sofisticação exigida, a aplicação da instrumentação
eletrônica para o controle da nega torna o mesmo um procedimento pouco atrativo.
2.3.3 Controle do repique
Conforme Alonso (2011), o repique consiste na parcela elástica do
deslocamento máximo de uma seção de estaca após a aplicação de um golpe do
pilão.
A forma mais simples de se obter essa medida é a aplicação de uma folha de
papel na seção considerada da estaca e riscar a mesma com o uso de uma régua
continuamente, enquanto aplicam-se golpes com o pilão. Dessa maneira, determinase graficamente a medida do repique bem como o da nega, estudada anteriormente.
Na mesma maneira que a nega, aplicam-se os dados do repique nas Fórmulas
Dinâmicas específicas para o uso desta observação. Como o foco do presente
trabalho não é a aplicação do repique nas Fórmulas Dinâmicas, não será dada maior
ênfase nesse assunto.
24
2.4 Sondagens de investigação do subsolo
Segundo Schnaid (2000), projetos de fundações que têm como objetivos serem
econômicos e seguros devem ter como ponto de partida um ensaio de
reconhecimento do subsolo. É reconhecida essa importância, pois esses ensaios
fornecem dados básicos para qualquer projeto de fundações ou obras de terra
como, por exemplo, estruturas de contenção e obras relacionadas à estabilidade de
taludes.
Atualmente no Brasil, empregam-se vários tipos de ensaios de campo,
podendo-se citar como exemplo o SPT, CPT, Piezocone, Pressiômetro e Palheta
(SCHNAID, 2000).
2.4.1 Horizontes constituintes de um perfil pedogenético
Segundo Streck et al. (2008), um perfil de solos é constituído por camadas
verticais paralelas a superfície que se originaram a partir do processo de formação
do solo. É possível diferenciar tais camadas quando analisada características como
a coloração, textura, espessura e estrutura. Uma vez caracterizadas tais camadas as
mesmas passam a ser chamadas de horizontes pedogenéticos.
Dentre os horizontes constituintes de um perfil, cita-se como exemplo os mais
frequentes. O Horizonte A, que se caracteriza por se localizar logo a superfície,
apresentar quantidades significativas de matéria orgânica e tem coloração escura. O
Horizonte B já é observado com cores mais claras e possui presença de argilas. O
Horizonte C geralmente está situado abaixo do B quando o mesmo existe, é
constituído de rocha alterada pouco afetada por processos pedogenéticos e
apresenta material de origem do solo de origem. O Horizonte E tem perdas de argila
e ganho de areias, por isso observa-se corem mais claras e por fim o Horizonte R
que se constitui de uma camada mineral constituído de substrato rochoso podendo
ser contínuo ou fendilhado (STRECK et al., 2008).
25
2.4.2 Camadas constituintes de um perfil geológico-geotécnico
As camadas constituintes de um perfil geológico-geotécnico são descriminadas
quando a sua formação geológica, características granulométricas, compacidade e
consistência e coloração.
A formação geológica se refere qual a maneira que o solo tenha se formado.
Solos residuais são aqueles em que seu material está ligado à rocha-mãe que deu
origem ao mesmo. Já os solos sedimentares são formados por transporte e acumulo
de material. Esse transporte pode ser feito de várias formas, como por exemplo, pela
gravidade (solos coluviais), pela água (solos aluviais) e pelo vento (solos eólicos).
As características granulométricas estão ligadas ao tamanho das partículas
que compõem todos os solos, sendo que cada faixa granulométrica caracteriza cada
tipo de amostra. Nas faixas de solos finos se enquadram as argilas e os siltes e nas
faixas de solos grosso as areias e os pedregulhos.
A coloração é facilmente visualizada com uma simples caracterização visual e
a sua compacidade (areias e pedregulhos) ou consistência (argilas e siltes) pode ser
determinada com ensaios de laboratório.
2.4.3 Sondagem SPT
O ensaio SPT (Standard Penetration Test) é reconhecido em nosso país como
uma das maneiras mais simples, eficientes e economicamente viáveis de se ter
conhecimento do subsolo. Esse ensaio pode ser aplicado em praticamente todos os
tipos de solos e fornece importantes parâmetros de resistência do solo de grande
aplicabilidade nas teorias de determinação da capacidade de carga em estacas.
Schnaid (2000) salienta que o ensaio SPT se sobressai aos outros pela sua
simplicidade dos equipamentos empregados, baixo custo de operação e aplicação
dos parâmetros obtidos em projetos de fundações.
2.4.3.1 Definições e equipamento constituintes
A definição que Schnaid (2000) dá ao ensaio SPT é de que o mesmo constituise basicamente de uma medida de resistência dinâmica do solo somada a uma
sondagem de simples reconhecimento.
26
A NBR 6484 (2001) diz que a medida de resistência dinâmica NSPT é a
quantidade de golpes necessários para a cravação do amostrador-padrão em 30 cm
de solo, após a cravação inicial de 15 cm. Quanto à sondagem de simples
reconhecimento, essa se constitui por perfuração com ou sem circulação de água
auxiliada por um trépano de lavagem sendo que as amostras podem sem obtidas a
cada metro de perfuração com o amostrador-padrão (SCHNAID, 2000).
É importante ressaltar que o amostrador-padrão é cravado através de golpes
desferidos por um martelo de 65 Kg que cai de uma altura de 750 mm, sendo que o
mesmo é puxado manualmente por um operador com auxílio de um cabo de aço.
2.4.3.2 Procedimentos
Inicialmente é feita a devida marcação dos pontos onde serão feitos os furos de
sondagem. Na norma NBR 8036 (1983) são fornecidos maiores detalhes sobre essa
operação.
O ponto de partida do ensaio é a perfuração com a utilização do trado-concha
até a profundidade de 1 metro. Em seguida é instalado o primeiro metro de tubo de
revestimento que deve ser cravado com golpes do martelo-padrão (NBR 6484,
2001).
Estabelecida a cota do primeiro metro com a perfuração inicial, o amostradorpadrão será posicionado no fundo do furo com o auxílio de hastes de aço. O
operador irá desferir golpes com o martelo até que o amostrador seja cravado 45
cm, contudo, a cada 15 cm de cravação serão contados o número de golpes
aplicados. Na sequência o amostrador é retirado e substituído pelo trépano de
lavagem que será usado para a perfuração dos 55 cm restantes, até a cota do
segundo metro (NBR 6484, 2001).
2.4.3.3 Amostragem
As amostras devem ser coletadas junto ao amostrador-padrão a cada metro de
perfuração. O solo coletado é classificado através de uma classificação táctil-visual
pelo sondador sendo que este deve observar em que cota ocorre a mudança de
camada, tanto observando o amostrador como na lavagem com o trépano.
27
2.5 Métodos Semiempíricos para a determinação da capacidade de carga
geotécnica de estacas
É possível afirmar que os Métodos Semiempíricos são largamente empregados
para a determinação da capacidade de carga geotécnica de estacas por se
basearem na utilização dos índices dos ensaios SPT e CPT, sendo esses
empregados atualmente no Brasil como a forma mais simples de se ter
conhecimento do subsolo.
Basicamente, esses métodos preveem que a capacidade de carga de uma
estaca PR é definida pela soma de duas parcelas: a parcela resistida pelo atrito
lateral PL e a parcela de resistência dada pela ponta da estaca PP.
(1)
Levando em consideração que PL e PP são forças, não é possível associar as
mesmas quando se trata de solos, por isso deve-se usar o próprio conceito de
tensão para assim converter as duas parcelas. Se força é o produto de uma tensão
por uma área, a parcela PL será igual ao produto da tensão lateral rL pela área lateral
AL, da mesma forma que a parcela PP será igual ao produto da tensão de ponta rP
pela área da ponta AP.
(2)
Então todos os Métodos Semiempíricos diferenciam-se entre si pela diferente
dedução das varáveis rL e rP. Cita-se como os mais utilizados os métodos de Aoki &
Velloso (1975), Decourt & Quaresma (1978), Meyerhof (1956), Velloso, Teixeira
(1996) e Urbano Rodrigues Alonso. O presente trabalho não irá tratar
especificadamente de todos eles, apenas dos métodos Aoki & Velloso e Decourt &
Quaresma.
2.5.1 Método Aoki & Velloso (1975)
O método em questão foi primeiramente desenvolvido para ser calculado com
os dados provenientes do ensaio CPT (HACHICH et al., 1998). A resistência de
28
ponta qP e lateral qL são fornecidas diretamente do ensaio já que o mesmo fornece
tais valores eletronicamente.
Obviamente o material que constitui o cone do CPT difere dos materiais que
compõem as estacas, tanto pré-moldadas quanto as moldadas em obra. Então o
método propõem o uso de dois fatores, F1 e F2, que “ajustam” as resistências de
ponta e lateral fornecidas pelo ensaio conforme o tipo de material usado na
confecção da estaca.
(3)
(4)
Os valores de qP e qL são as resistências de ponta e lateral fornecidas pelo
ensaio CPT respectivamente. Vale a pena destacar que, quando não se dispor do
valor de qL, pode-se estimar o valore de rL multiplicando qP por . O qual é tabelado
em função do tipo de solo.
Mais tarde, foi proposta uma correlação dessas equações para a aplicação do
método com o uso dos dados fornecidos pelo ensaio SPT. Os fatores de ajuste F1 e
F2 permanecem os mesmos e o diferencial ocorre na determinação das resistências
lateral e de ponta, sendo que para tal aplica-se um coeficiente de correlação K, o
qual é tabelado e é função do tipo de solo.
(5)
(6)
Portanto, se fizer do uso das duas parcelas deduzidas para o uso do SPT e
aplicar as mesmas na equação de (2), assim configura-se a equação para Aoki &
Velloso:
29
(7)
As tabelas para os fatores F1 e F2, K e
são encontrados respectivamente nos
ANEXOS G e H.
2.5.2 Método Decourt & Quaresma (1978)
O Método Decourt & Quaresma foi desenvolvido em 1978 e faz uso do índice
SPT. Segundo Hachich et al. (1998), esse método foi primeiramente desenvolvido
para determinar a capacidade de carga em estacas de deslocamento sendo que o
mesmo já passou por várias revisões sendo até mesmo usado comumente com o
ensaio SPT-T.
Para a resistência de ponta, o método relaciona a média entre os SPT
na
profundidade referida com os valores imediatamente acima e imediatamente abaixo
juntamente com o coeficiente C correspondente ao solo que compõem a camada na
ponta da mesma, sendo esse último presente em tabela. A tabela para os valores do
coeficiente C encontram-se no ANEXO I.
(8)
Quanto à resistência lateral rL, esta varia unicamente em função do número
SPT N referente à camada.
(9)
Então, substituindo as equações deduzidas na equação (2), tem-se a equação
final para o Método Decourt & Quaresma.
(10)
30
2.5.3 Dimensionamento geotécnico
2.5.3.1 Método dos valores admissíveis
Segundo a NBR 6122 (2010), a capacidade de carga admissível Padm de uma
estaca pode ser determinada usando um fator de segurança global igual a 2, tanto
para o Método de Aoki & Velloso quanto para o Método de Decourt & Quaresma.
!
(11)
Utiliza-se este método quando o projeto de estruturas fornece os valores
característicos de carregamentos dos pilares, ou seja, valores de cargas que não
foram majorados por fatores de segurança.
2.5.3.2 Método dos valores de projeto
A NBR 6122 (2010) também diz que, para a determinação da capacidade de
carga resistente de projeto Pd é indicado o uso de um coeficiente de segurança
igual/parcial a 1,4.
"#
(12)
Utiliza-se este método quando o projeto de estruturas fornece valores de
projeto referente às cargas dos pilares, ou seja, carregamentos majorados por
fatores de segurança.
2.5.3.3 Método alternativo para a obtenção da resistência de projeto
Segundo a NBR 6122 (2010), o cálculo das resistências características dadas
pelos métodos semiempíricos quando se reconhecem regiões representativas do
terreno pode ser obtida pela expressão:
31
$%"&
'()*+$%"% , -./012 3 +$%"% , -.4512 6
(13)
Rc,k = resistência característica;
(Rc,cal)med = resistência característica com base nos valores médios;
(Rc,cal)min = resistência características com base nos valores mínimos;
1
e
2
= coeficientes de minoração da resistência.
TABELA 1 - Coeficientes de minoração
a
1
e
2
1
2
3
4
5
6
10
1
1,4
1,3
1,3
1,3
1,2
1,2
1,2
2
1,4
1,2
1,2
1,2
1,1
1,1
1,1
a = número de perfis de ensaio no terreno;
Fonte: NBR 6122 – 2010
A NBR 6122 (2010) diz que os valores de
1
e
2
podem ser multiplicados por
0,9 no caso de execução de ensaios complementares à sondagem a percussão.
Aplicados os fatores da Tabela 1, para determinar a carga admissível deve ser
empregado um fator de segurança global de no mínimo 1,4. Se a análise for feita em
termos de fatores de segurança parciais (cargas resistentes de projeto), não pode
ser aplicado fator de minoração da resistência.
2.6 Estimativas de carga com a aplicação das Fórmulas Dinâmicas
Segundo Velloso e Lopes (2010), as Fórmulas Dinâmicas consistem um
método pelo qual é possível estimar a capacidade de carga de uma estaca prémoldada observando sua resposta à cravação, sendo que a nega é a resposta à
cravação mais comumente observada. Basicamente, as Fórmulas Dinâmicas
utilizam princípios da física que descrevem o comportamento de dois corpos que se
chocam.
Além de determinar a capacidade de carga de uma estaca, Alonso (2011)
afirma que as Fórmulas Dinâmicas também auxiliam no controle de qualidade
garantindo um estaqueamento uniforme na obra. Em outras palavras esse tipo de
32
controle garante que todas as estacas monitoradas estão instaladas na cota de
projeto estipulada.
Todas as fórmulas partem de um mesmo princípio que, segundo a teoria da
conservação de energia de Newton, um corpo que entra em choque com outro corpo
gera a mesma quantidade de energia para realizarem um determinado
deslocamento. Tratando-se de estacas pré-moldadas de concreto, a energia que o
martelo produz quando aplica um golpe na estaca é a mesma energia gasta pela
estaca para romper a resistência do solo.
7
8
9
:
(14)
W = peso do martelo;
h = altura de queda do martelo;
R = resistência à cravação;
s = penetração ou nega.
Esta dedução exprime perfeitamente a Fórmula de Sanders, datada como a
mais antiga Fórmula Dinâmica.
Observa-se que esse modelo considera que a transferência de energia do
martelo para a estaca é perfeita, que não há perda de energia devido ao
amortecimento do martelo sobre o cepo e o coxim e que o solo não sofre
deformações elásticas (ALONSO, 2011). Para compensar tais fatores, essas perdas
podem ser supridas com a incorporação de mais dois fatores a Fórmula de Sanders
(VELLOSO e LOPES, 2010).
;
7
8
9
:
<
(15)
µ = perda de energia no bate estaca;
X = perdas de energia no solo
2.6.1 Fórmula de Wellington
Segundo Velloso e Lopes (2010), a Fórmula de Wellington leva em
consideração que o martelo antes de transferir toda a energia para a estaca encurta
33
a mesma. Só depois desse encurtamento que a estaca efetivamente penetra no solo
encontrando a resistência de cravação. Portanto, é acrescentado um coeficiente c
que exprime o encurtamento elástico do solo e da estaca configurando a formulação
desta forma:
9
:
=
9
>?
(16)
assim:
;
7
8
9
>
?
!
=:
(17)
O fator de segurança para a Fórmula de Wellington é 2.
2.6.2 Incorporação da Lei de Choque de Newton
Velloso e Lopes (2010) dizem que, a Lei de Choque de Newton descreve a
perda de energia, quando dois corpos de chocam, com a seguinte equação:
@A
!
B
B
B
B
C
C
(18)
Sendo que M1, M2, V1, V2 e e equivalem respectivamente a massa do martelo,
a massa da estaca, velocidade do martelo, velocidade da estaca e o coeficiente de
restituição de choque pode-se dizer que:
B
D
E
"B
E
"F
G!
8
HAF
(19)
Onde g e P correspondem respectivamente à aceleração da gravidade e ao
peso da estaca. Se, a partir disso for deduzido toda perda de energia
correspondente X, tem-se:
<
@A
7
7
8
(20)
34
Substituindo-se essa dedução de X na equação inicial (com µ = 0):
9
7
:
7
A
7
8
(21)
As Fórmulas Dinâmicas apresentadas a partir daqui seguem essa mesma linha
de raciocínio.
2.6.3 Fórmula dos Holandeses
Velloso e Lopes (2010) apontam que, considerando-se que e = 0, a Fórmula
dos Holandeses resume-se a:
9
:
7
7
8
(22)
Fatores de segurança no valor de 10 para martelos de queda livre e 6 para
martelos a vapor são considerados nessa fórmula.
2.6.4 Fórmula de Janbu
Segundo Velloso e Lopes (2010), a Fórmula de Janbu foi deduzida em 1953 e
expressa que:
9
:
IJ
7
K
8
(23)
L
M
I
onde:
N
"OP
" P
7
AL
7
R
8
Q
S
(24)
35
A = área da seção transversal da estaca;
Ep = módulo de elasticidade do material da estaca;
L = Comprimento da estaca.
O fator de segurança indicado para a Fórmula de Janbu é 2.
2.6.5 Fórmula dos Dinamarqueses
Velloso e Lopes (2010) dizem que, a Fórmula dos Dinamarqueses (1957) leva
o fator de eficiência do sistema de cravação µ em consideração para deduzir sua
equação. Esse fator faz parte da dedução da perda e energia de cravação X.
9
!
<
!;
T
7
R
8
Q
(25)
Os valores referentes ao fator de eficiência do sistema de cravação variam de
acordo com o sistema de cravação utilizado. Velloso e Lopes (2010) diz que para
martelos de queda livre com uso de guincho usa-se µ = 0,7 e para martelos
automáticos µ = 0,9. Fator de segurança adotado é de F = 2.
A fórmula final deduzida a partir de X:
9
:
!
;
K
7
!;
8
7
R
8
Q
(26)
2.6.6 Fórmula de Hiley
Segundo Velloso e Lopes (2010), a Fórmula de Hiley considera em sua
dedução todos os fatores de perda de energia. Os amortecedores, a própria estaca
e o solo são os fatores levados em consideração.
A parcela de perda de energia atribuída aos amortecedores é deduzida através
da seguinte equação:
36
9
U
RV
V
(27)
A segunda equação exprime a perda de energia correspondente a fatores
relacionados à estaca:
9
!
Q
(28)
R
E por último, a equação que descreve a perda de energia devido ao solo:
PW
X
(29)
O somatório desses fatores (amortecedores + estaca + solo) corresponde a
variável c da equação de Hiley, sendo que a resistência à cravação R pode se
descrita conforme a seguinte equação:
9
;
:
7
>
!
8
7
7
A
(30)
Sendo que t, Ac e Ec correspondem a espessura, área e módulo de elasticidade
dos amortecedores. L, B, Ap e Ep correspondem ao comprimento, diâmetro, área e
módulo de elasticidade da estaca.
Adota-se como coeficientes de segurança F valores superiores a 2 e inferiores
a 6.
2.6.7 Fórmula de Brix
Velloso e Lopes (2010) diz que a Fórmula de Brix é aplicada comumente na
execução de estacas tipo Franki. A adaptação para uso nessa modalidade é feita
com a substituição do peso da estaca P pelo peso do tubo. Mas como o presente
trabalho não se trata sobre estacas tipo Franki, aplicar-se-á a fórmula normalmente.
Assim, a configuração para essa equação é a seguinte:
37
9
#
Y
Y
8
Z
(31)
38
3 METODOLOGIA
O presente trabalho teve como metodologia primeiramente a escolha de um
projeto que foi implantado em um terreno na cidade de Santa Cruz do Sul.
Determinou-se a geologia típica da região com o auxílio de mapas geológicos e foi
executada a sondagem SPT no lote.
Foi realizado o dimensionamento de três estacas do projeto escolhido com o
uso dos Métodos Semiempíricos apresentados no item 2.5. Durante a execução das
estacas foi feito o monitoramento da nega nos elementos selecionados. Finalmente,
foi desenvolvida a análise comparativa das capacidades de carga obtidas com os
Métodos Semiempíricos e com as Fórmulas Dinâmicas.
O terreno adotado para a pesquisa consiste em um lote no município de Santa
Cruz do Sul, o mesmo situa-se mais precisamente na Rua Dona Cristina, no Bairro
Margarida. Nele, está sendo implantado um edifício residencial de quatro
pavimentos.
Assim, através das consultas às cartas geológicas da CPRM – Serviço
Geológico do Brasil determinou-se qual a formação geológica do local estudado. Foi
possível, através desse estudo, realizar uma previsão que se confirmou em relação
ao perfil geológico-geotécnico encontrado na sondagem STP realizada no terreno.
Segundo Schnaid (2000), os resultados do ensaio SPT são usados diretamente
para a elaboração de projetos de fundações. Foram realizadas sondagens SPT no
terreno referenciado acima, possibilitando a elaboração do perfil geológicogeotécnico do terreno. Os resultados dos ensaios e o mencionado perfil serviram de
base para o dimensionamento das estacas pré-moldadas.
Em relação à execução das estacas, foi realizado o controle da nega durante a
cravação à percussão das estacas pré-moldadas de concreto, de acordo com o
procedimento prescrito no item 2.3.2.
De posse dos dados anteriores a esta etapa, efetuou-se a aplicação das
Fórmulas Dinâmicas apresentadas no item 2.6 e se realizou então a comparação
com os resultados obtidos no dimensionamento com os Métodos Semiempíricos.
39
4 DESCRIÇÃO GERAL DA OBRA E DO MEIO EXPERIMENTAL
4.1 Descrição do projeto e da obra a ser implantada
A edificação a ser implantada, a qual se refere o presente estudo, situa-se na
Rua Dona Cristina, Bairro Margarida, cidade de Santa Cruz do Sul, mais
precisamente nas coordenadas geográficas 29º43’33,65”S – 52º25’16,32”O. A obra
compreende um edifício residencial de quatro pavimentos que será executado em
estrutura de concreto armado. No Anexo C é possível visualizar o mapa com a
posição da obra dentro do centro urbano da cidade.
Quanto ao projeto de fundações, a empresa responsável, ao analisar o perfil
geológico-geotécnico, adotou a solução em estacas pré-moldadas de concreto. Ao
todo, o projeto estrutural definiu 18 pontos de carga, sendo que para cada ponto
existe um número determinado de estacas, todas elas com seção de 18x18
centímetros e cota de projeto de 7 metros a partir da cota de arrasamento. A nega
estipulada de projeto é entre 5 e 10 milímetros.
As estacas a serem controladas foram escolhidas de acordo com a localização
dos pontos de sondagem SPT. Optou-se por duas estacas próximas a cada ponto
de sondagem (Estacas 1 e 3 próximas aos SPT’s 1 e 2 respectivamente) e uma
terceira entre os pontos de sondagem (Estaca 2). No ANEXO B é possível verificar a
posição das estacas e o local dos pontos de sondagem SPT no canteiro de obras.
4.2 Caracterização geológica-geotécnica e pedológica do local
Quanto à geologia do local, através de consulta do Mapa Geológico do Estado
do Rio Grande do Sul – CPRM, observa-se a predominância da classe rochosa
Formação Santa Maria (T23sm), a qual é predominante na zona urbana de Santa
Cruz do Sul - RS. A descrição dessa formação encontrada do referido mapa é a
seguinte:
•
Formação Santa Maria (T23sm): apresenta-se na forma de um arenito ou de um
siltito argiloso maciço geralmente numa coloração rosa avermelhada.
40
Com relação à pedologia, o perfil do terreno foco do presente trabalho pertence
à classe de solo Argissolo Bruno-Acinzentado Alítico úmbrico (PBACal3) (STRECK
et al., 2008), a qual é descrita conforme segue:
•
Argissolo Bruno-Acinzentado Alítico úmbrico (PBACal3): são solos que
apresentam um horizonte mais argiloso ao longo do perfil. Podem ser profundos
a muito profundos variando de bem drenados a imperfeitamente drenados e seus
horizontes geralmente apresentam as sequências A-Bt-C ou A-E-Bt-C, onde Bt é
o horizonte B textual. Nesse tipo de perfil de solos, é comum observar a
presença em maior quantidade de argilas no horizonte B sendo que os
Argissolos formam-se a partir de diversos materiais, tais como, basaltos, granitos,
arenitos, argilitos e siltitos (STRECK et al. 2008).
O mapa geológico da cidade de Santa Cruz do Sul pode ser observado no
Anexo D.
4.3 Análise do perfil geológico-geotécnico obtido através do Ensaio SPT
Através dos Ensaios SPT realizados no terreno objeto de estudo, foi possível
realizar uma análise geológica-geotécnica das camadas presentes no local. Cabe
lembrar que o ensaio SPT teve duração de três dias e foi feito como descrito no item
2.4 do proposto trabalho. A classificação dessas amostras foi feita como descreve a
norma NBR 6484 (2001) e para tal procedimento buscou-se avaliar basicamente
características tácteis-visuais das amostras de solo.
Segundo Streck et al. (2008), as areias possuem certa aspereza e quando
molhadas não apresentam plasticidade e não são pegajosas. Os siltes por sua vez
apresentam certa sedosidade e quando molhados são ligeiramente plásticos e assim
como as areias não são pegajosos. E por fim, as argilas também são sedosas e
quando molhadas apresentam grande plasticidade e são pegajosas. Observando
essas características, fica claro que a propriedade de coesão dos materiais argilosos
altera significantemente seu comportamento plástico dando a esse tipo de solo,
certa trabalhabilidade, tornando assim sua fácil detecção.
41
Levando essas características acima descritas em consideração, pode-se
classificar
as
amostras
extraídas
do
Ensaio
SPT,
classificando-as
e
consequentemente “construindo” um perfil geológico-geotécnico de todo o terreno.
4.4 Análise do perfil referente ao SPT 01
O primeiro furo de SPT apresentou ao todo sete camadas, as amostras
retiradas do amostrador apresentavam predominância de argilas compostas por
parcelas de siltes e areias. O nível d’água foi tirado no dia da sondagem e 24 horas
depois, sendo que esse último foi observado a 0,80 metros de profundidade.
Quanto à consistência das camadas constituintes do perfil, observou-se que as
mesmas apresentaram consistência mole a média em praticamente toda a
profundidade. Apenas na última camada ouve um grande acréscimo de resistência
sendo que a mesma foi classificada com consistência mole à dura. Estas
características do perfil apresentado no SPT 01 podem ser comprovadas ser for
observado os números de golpes do respectivo ensaio, onde que os maiores
números de golpes encontram-se justamente da camada onde se observou o
acréscimo abrupto de resistência.
Quanto à coloração das camadas, na superfície a amostra de solo teve
coloração marrom claro com alguma presença de material orgânico, muito
provavelmente ligado a vegetação que, apesar de estar em pequena quantidade,
existia no lote. Passada a primeira camada, todas as seguintes possuem coloração
que varia de predominância de vermelho a cinza.
O laudo de sondagem referente ao SPT 01 encontra-se no ANEXO D.
4.5 Análise do perfil referente ao SPT 02
Diferentemente do primeiro furo, o segundo apresentou seis camadas e
também se observou a predominância de argilas compostas por siltes e areias.
Cabe destacar que este perfil foi o único que apresentou uma camada onde a
predominância foi de areia. O nível d’água desse furo pós 24 horas também foi
observado próximo à superfície a profundidade de 1,15 metros.
A coloração do referente furo difere um pouco do primeiro. A coloração marrom
foi observada nas três primeiras até a lente de areia encontrada a profundidade
42
aproximada de 3,45 metros, sendo que esta camada de areia possui coloração
vermelha contrastando bastante com as amostras anteriores a ela. A partir da lente
de areia, a coloração volta a ser semelhante às camadas finais do primeiro furo,
onde foi observado predominância da cor vermelha e cinza.
A consistência das camadas do SPT 02 difere bastante do SPT 01.
Primeiramente, vale a pena destacar que, segundo a NBR 6484 (2001), areias e
siltes-arenosos não apresentam consistência, mas sim compacidade, e o estado
desses materiais variam de fofo a muito compacto. Assim sendo, as primeiras
camadas apresentaram consistências de mole a rija até a camada de areia, onde a
mesma apresentou compacidade de pouco compacta a medianamente compacta. A
partir disso houve ganhos significativos de resistência onde a camada próximo ao
limite da sondagem apresentou consistência dura. O laudo do segundo furo de
sondagem encontra-se junto ao ANEXO E.
4.6 Camadas constituintes do perfil geológico-geotécnico
Uma vez descrita os dois perfis do Ensaio SPT é possível traçar todo o perfil
geológico-geotécnico
do
terreno
objeto
de
estudo.
Buscou-se
comparar
semelhanças nas camadas descritas no SPT e assim pode-se estimar o perfil do
terreno.
Figura 8 - Perfil geológico-geotécnico do terreno segundo o Ensaio SPT
Fonte: imagem elaborada pelo autor
43
4.7 Escolha do tipo de fundação segundo o Ensaio SPT
Alonso (2010) apresenta um procedimento geral que pode ser adotado para a
determinação de qual tipo de fundação o engenheiro que irá projetar as fundações
poderá escolher. Este procedimento apresenta itens que visam satisfazer condições
técnicas e econômicas da obra e uma vez analisado tais itens o tipo de fundação é
escolhida por processo de eliminação.
Citam-se esses elementos que irão nortear a escolha como a proximidade dos
edifícios limítrofes assim como seu tipo de fundação, tipos de solos presentes no
local da obra assim como suas características geotécnicas, grandeza das cargas
que irão ser aplicadas aos elementos de fundação e por fim limitação dos tipos de
fundações disponíveis para a execução no mercado (ALONSO, 2010).
Quanto às estacas pré-moldadas de concreto, normalmente suportam cargas
de 200 a 1500 KN e não são indicadas em alguns casos, como por exemplo,
terrenos com presença de matacões e camadas muito espeças de pedregulhos,
terrenos onde não será possível manter a cota de ponta das estacas em um nível
constante e quando existe próximo a obra construções que apresentem um estado
precário de conservação (estacas pré-moldadas causam vibrações excessivas no
solo podendo danificar tais edificações) (ALONSO, 2010).
Levando em consideração os apontamentos descritos, pode-se dizer que a
escolha pelo tipo de fundação a ser executado para o perfil geológico-geotécnico em
questão é adequada tecnicamente.
44
5. CAPACIDADES
DE
CARGA
DETERMINADAS
COM
OS
MÉTODOS
SEMIEMPÍRICOS
Segundo a metodologia apresentada no item 2.5 foram calculou-se valores de
capacidade de carga para cada Método Semiempírico apresentados no presente
trabalho. Como foi calculada a capacidade de carga metro a metro, considerou-se o
tipo mais desfavorável de solo para cada camada em relação aos coeficientes que
levam em consideração o tipo de solo e também foi usado um fator de segurança
igual a 2 para os dois métodos.
Para o cálculo da Estaca 1 foi usado o SPT 01 e para o cálculo das Estacas 2 e
3 o SPT 02 levando em considerações as proximidades das peças em relação aos
locais dos SPT’s. Foi considerado para todas as estacas do projeto comprimento de
sete metros e seção de 18x18 centímetros.
5.1 Capacidade de carga de acordo com Decourt & Quaresma (1978)
As capacidades de carga segundo o Método de Decourt & Quarema para as
três estacas são observadas na Tabela 2.
Tabela 2 - Decourt & Quaresma (1978)
PP (KN)
PL (KN)
PR (KN)
PRadm (KN)
Estaca 1
217,728
367,200
584,928
292,464
Estaca 2
461,700
408,000
869,700
434,850
Estaca 3
461,700
408,000
869,700
434,850
Fonte: tabela elaborada pelo autor
5.2 Capacidade de carga de acordo com Aoki & Velloso (1975)
As capacidades de carga segundo o Método de Aoki & Velloso para as três
estacas são observadas na Tabela 3.
45
Tabela 3 – Aoki & Velloso (1975)
PP (KN)
PL (KN)
PR (KN)
PRadm (KN)
Estaca 1
228,096
238,299
466,395
233,198
Estaca 2
242,722
249,169
491,892
245,946
Estaca 3
242,722
249,169
491,892
245,946
Fonte: tabela elaborada pelo autor
5.3 Análise dos Métodos Semiempíricos
Para o perfil geológico estudado no presente estudo, a capacidade de carga
obtida no SPT 1 (Estaca 1) houve pouca diferença de valores entre cada método,
como pode ser observado na Tabela 6. Também é possível observar, através da
Tabela 2 do item 5.1 que a relação entre a resistência de ponta RP e a resistência
lateral RL segundo o Método de Decourt & Quaresma para a Estaca 1 apresentaram
valores de resistência com uma diferença pouco expressiva diferentemente do
Método Aoki & Velloso onde se observou que a amplitude da diferença entre RP e RL
foi maior.
Já para o perfil SPT 2 (Estacas 2 e 3) se observou uma expressiva diferença
entre os valores obtidos em cada método. Os valores de RP e RL tanto para Decourt
& Quaresma como para Aoki & Velloso apresentaram valores muito próximos,
contudo no Método de Decourt & Quaresma, a resistência de ponta RP foi maior que
a resistência lateral RL. Credita-se esse último fato a presença de material
significativamente mais resistente (silte argiloso) nas duas últimas camadas do perfil
de SPT 2, aumentando assim a resistência de ponta RP das estacas.
Também é importante ressaltar que em ambos os perfis SPT, Decourt &
Quaresma apresentou capacidades de carga superiores às capacidades de carga
determinadas com Aoki & Velloso.
46
6 CONTROLE DE CAMPO E APLICAÇÃO DAS FÓRMULAS DINÂMICAS
6.1 Controle de campo
Utilizando as técnicas apresentadas no item 2.3.2, realizou-se o controle de
execução das estacas pré-moldadas de concreto da referente obra com o objetivo
de determinar a nega das mesmas. Para isso, acompanhou-se todo o processo
executivo das peças, desde o seu posicionamento até a finalização da cravação.
Lembrando que as estacas a serem controladas foram definidas conforme o item
4.1.
Dando início a execução das estacas, primeiramente foi preciso realizar o
depósito das peças no canteiro de obras. Como o terreno objeto de estudo se
encontra em um nível bem abaixo em comparação ao nível da rua, a operação teve
de ser feita com cuidados especiais, pois se fez necessário depositar as estacas no
nível mais baixo do terreno facilitando assim o manuseio dos operadores durante a
execução.
Figura 9 - Depósito das peças no canteiro de obras
Fonte: fotografia elaborada pelo autor
47
Fez-se necessária tal operação porque as peças sofreriam choques se fossem
posicionadas a grandes distâncias do local da execução. Tais eventos poderiam
gerar danos às estacas como trincas e quebras no concreto expondo a armadura e
comprometendo as mesmas quanto a sua resistência tanto estrutural como
geotécnica depois de instaladas no solo.
Uma vez posicionadas as peças no canteiro se deu início ao posicionamento
da máquina de cravação. A mesma é constituída por uma torre com um pilão içado
por cabos e aço tracionados por um motor elétrico e sua locomoção é feita através
de rolos de aço e cepos de madeira.
Figura 10 - Rolos
e cepos de madeira para posicionamento e deslocamento da
máquina no canteiro de obras
Fonte: fotografia elaborada pelo autor
Uma vez posicionada a máquina no local de uma estaca, se dá início a
cravação da mesma com o içamento de uma peça em direção a torre por meio de
um guincho auxiliar presente na máquina. Esta operação exige destreza por parte
dos operadores e ajudantes, pois dificilmente se tem previsão do comportamento da
estaca que está sendo puxada. Assim, a peça deve ser puxada vagarosamente
evitando riscos de choques nas edificações vizinhas e também na própria torre do
48
bate-estaca o que eventualmente gera riscos de acidentes para os operadores e
porventura pode danificar a peça como citado anteriormente.
Detalhe importante a ser observado, antes de realizar essa operação é
necessário à colocação do capacete de proteção na ponta do pré-moldado. As
finalidades desse procedimento são descritos no item 2.2.3.1.
Figura 11 - Içamento da peça com o capacete de proteção
Fonte: fotografia elaborada pelo autor
Aspecto importante também a ser observado é a verificação do prumo tanto da
máquina como das peças pré-moldadas. Esta etapa se dá em duas partes,
primeiramente é verificado o prumo da máquina logo após seu posicionamento no
local de execução de alguma estaca. A verificação é feita basicamente com o uso de
um prumo de corda posicionando nas faces da torre do bate-estaca, uma vez
constatada alguma inclinação na torre, utiliza-se o guincho auxiliar, os rolos e os
cepos de madeira para então corrigir tais inclinações. Já a verificação do prumo da
estaca pré-moldada é feita obviamente quando a peça já está posicionada e pronta
para ser cravada, a aferição do prumo da estaca é feita da mesma forma como na
torre e a correção para eventual inclinação da peça é também corrigida tal como na
torre.
49
Figura 12 - Verificação do prumo da torre do bate-estaca
Fonte: fotografia elaborada pelo autor
Figura 13 - Verificação do prumo da estaca pré-moldada de concreto
Fonte: fotografia elaborada pelo autor
50
Uma vez finalizada todas estas etapas se deu início a cravação propriamente
ditas das estacas pré-moldadas de concreto. Para a realização do controle da nega
se fez uso da um cavalete de madeira para traçar riscos de caneta numa das faces
da peça pré-moldada, assim o ponto de partida do procedimento se dá na aplicação
da primeira marca de caneta e a posterior execução de dez golpes do pilão sobre a
peça. Os golpes são aplicados com o pilão de 1500 Kg solto a uma altura de 80
centímetros. Terminada a aplicação dos dez primeiros golpes se aplica outra marca
de caneta junto ao cavalete, assim é possível medir a penetração da estaca para os
dez golpes aplicados sendo que a nega será a penetração média para os dez golpes
aplicados.
Figura 14 - Cavalete para a aferição da nega
Fonte: fotografia elaborada pelo autor
51
Figura 15 - Medição da nega
Fonte: fotografia elaborada pelo autor
Este procedimento foi repetido inúmeras vezes até a estaca alcançar a nega
estipulada de projeto juntamente com a profundidade mínima também estipulada no
projeto de fundações.
6.2 Valores de nega obtidos para cada estaca controlada
Os valores de nega obtidos através do controle de campo são observados na
Tabela 4.
Tabela 4 – Valores de nega para as estacas controladas
Estaca
Nega
Nega (mm)
Estaca 1
Estaca 2
Estaca 3
2,00
6,50
4,00
Fonte: tabela elaborada pelo autor
52
6.3 Aplicação das Fórmulas Dinâmicas
Após realizar o controle de campo na execução das estacas pré-moldadas de
concreto na referida obra objeto de estudo, aplicou-se os dados obtidos nas
Fórmulas Dinâmicas como descrito no item 2.6 para a determinação da capacidade
de carga das mesmas.
Tabela 5 – Capacidade de carga admissível de acordo com as Fórmulas Dinâmicas
(KN)
Estaca
Estaca 1
Estaca 2
Estaca 3
Holandeses
435,41
133,97
217,71
Janbu
539,30
375,36
456,59
Dinamarqueses
513,78
331,37
412,79
Brix
477,75
147,001
238,88
Fórmula
Fonte: tabela elaborada pelo autor
Observa-se que não foi aplicado as Fórmulas de Sanders, Wellington e de
Hiley tendo como justificativa a impossibilidade de se obter os fatores de perda de
energia no bate-estaca µ e perda de energia do solo X para a Fórmula de Sanders e
o coeficiente de encurtamento elástico do solo c para a Fórmula de Wellington. Para
a Fórmula de Hiley não foi possível determinar com exatidão os parâmetros C1, C2 e
C3 que exprimem as perdas de energia no processo de cravação.
6.4 Análise das Fórmulas Dinâmicas
Com relação às Fórmulas Dinâmicas que apresentaram valores satisfatórios,
cabe observar que todas as fórmulas empregadas apresentaram coerência de
valores de acordo com a nega empregada proveniente de cada estaca. Obviamente,
a estaca que apresentou nega de 2 milímetros gerou capacidade de carga maior que
a estaca que apresentou nega e 6,5 milímetros, como pode ser observado na Tabela
6. As fórmulas que apresentaram valores menos conservadores de capacidade de
carga foram as Fórmulas de Jambu e Dinamarqueses respectivamente para todas
as estacas analisadas levando assim a elevados valores de capacidade de carga.
53
Outra importante observação feita é quanto à capacidade de carga para uma
mesma Fórmula Dinâmica em relação aos diferentes valores de nega apresentados.
As Fórmulas dos Holandeses e de Brix deram uma resposta onde às resistências
mínimas e máximas apresentaram grande amplitude, em contraponto as Fórmulas
de Janbu e Dinamarqueses apresentaram pouca amplitude nas resistências
calculadas.
54
7 CONCLUSÃO
7.1 Análise comparativa das capacidades de carga determinadas com os
Métodos Semiempíricos e as Fórmulas Dinâmicas
Segundo os resultados obtidos com a aplicação da teoria exposta no presente
trabalho, observam-se os valores resumidos na Tabela 6.
Tabela 6 – Valores de capacidade de carga admissível (KN)
Métodos
Fórmulas Dinâmicas
Semiempíricos
Método
Aoki &
Decourt &
Velloso
Quaresma
Estaca 1
233,198
Estaca 2
Estaca 3
Estaca
Holandeses
Janbu
Dinamarqueses
Brix
292,464
435,41
539,30
513,78
477,7
245,946
434,850
133,97
375,36
331,37
147,0
245,946
434,850
217,71
456,59
412,79
238,9
Fonte: tabela elaborada pelo autor
A avaliação dos Métodos Semiempíricos em comparação às Fórmulas
Dinâmicas parte da análise de cada estaca separadamente. Para a Estaca 1 todos
os resultados de capacidades de carga determinadas com as Fórmulas Dinâmicas
ultrapassaram consideravelmente as capacidades de carga determinadas com Aoki
& e Velloso e Decourt & Quaresma.
Já a Estaca 2 obteve resultados diferentes da Estaca 1. Primeiramente todas
as Fórmulas Dinâmicas não alcançaram resistências alcançadas com a aplicação do
Método Decourt & Quaresma e apenas as Fórmulas de Janbu e Dinamarqueses
deram resposta superior ao Método de Aoki & Velloso em relação às capacidades
de carga.
Por último, a Estaca 3 apresentou resultados onde as Fórmulas Dinâmicas de
Janbu e Dinamarqueses geraram valores de capacidade de carga muito próximos ao
resultado de resistência obtido com a aplicação de Decourt & Quaresma. Outra
importante observação a ser feita é que as Fórmulas dos Holandeses e Brix
55
apresentaram resistências próximas aos valores obtidos com a aplicação de Aoki &
Velloso.
Feita estas observações, pode-se dizer que os resultados de capacidades de
carga obtidos com a aplicação das Fórmulas Dinâmicas produzem resultados que
tendem a se aproximar mais de Decourt & Quaresma, obviamente levando em conta
as características desse perfil geológico-geotécnico. Levando Aoki & Velloso em
consideração, as resistências das Fórmulas Dinâmicas tendem a apresentar valores
que superam as capacidades de carga determinadas com a aplicação do respectivo
método.
Observou-se que, na Estaca 2, houve visível decréscimo na capacidade de
carga em relação as outras duas estacas, possivelmente gerada pela nega de valor
maior que as demais. As causas para tal problema podem ser encontradas na
imprecisão das Fórmulas Dinâmicas, pois dificilmente os parâmetros usados nos
cálculos conferem exatamente com o que está ocorrendo em campo. Outro fator que
pode ter acarretado tal fato é algum erro na medição da nega em campo. Levando
em consideração que a principal variável para as Fórmulas Dinâmicas é justamente
a nega, qualquer erro nesse item pode mascarar um resultado mais preciso.
E por último, fator também importante e de difícil controle é a variação do perfil
geológico-geotécnico e pedológico no local onde o elemento pré-moldado foi
executado. A sondagem SPT não pode determinar com toda certeza as
características de toda a área da obra, assim sendo, a variação da estratigrafia pode
ocorrer e alterar resultados das resistências das estacas.
56
8 BIBLIOGRAFIA
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: projeto e
execução de fundações. Rio de Janeiro, 2010.
_______. NBR 6484: sondagem de simples reconhecimento com SPT. Rio de
Janeiro, 2001.
_______. NBR 8036: programação de sondagens de simples reconhecimento
dos solos para fundações de edifícios – Procedimento. Rio de Janeiro, 1983.
_______. NBR 6502: rochas e solos. Rio de Janeiro, 1992.
ALONSO, Urbano Rodrigues. Previsão e Controle das Fundações: uma
introdução ao controle de qualidade em fundações. 2 ed. São Paulo: Blucher, 2011.
ALONSO, Urbano Rodrigues. Dimensionamento de fundações profundas. 2 ed.
São Paulo: Blucher, 2012.
VELLOSO, D. de A.; LOPES, F. de R. Fundações, volume 2: fundações
profundas. Nova ed. São Paulo: Oficina de Testos, 2010.
HACHICH, Waldemar. et al. Fundações: teoria e prática. 2 ed. São Paulo: Pini,
1998.
SCHNAID, Fernando. Ensaios de campo e suas aplicações à engenharia de
fundações. São Paulo: Oficina de Textos, 2000.
STRECK, Edemar Valdir. et al. Solos do Rio Grande do Sul. 2 ed. Porto Alegre:
EMATER/RS, 2008.
WILDNER, W.; RAMGRAB, G. E.; LOPES, R. da C.; IGLESIAS, C. M. da F.
Mapa Geológico do Estado do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: CPRM, 2005.
Escala 1:750.000. (Projeto Mapas Estaduais – PME).
57
AGNES, Clarice; HELFER, Inácio. Normas para apresentação de trabalhos
acadêmicos. 8 ed. Santa Cruz do Sul: EDUNISC, 2006.
58
ANEXO A – Figuras 1 e 2
Figura 1 - Capacete usado em estacas pré-moldadas de concreto
Fonte: www.ebah.com.br
Figura 2 - Equipamento para cravação a percussão de estacas
Fonte: www.estacasbrasil.com.br
59
ANEXO B – Planta de fundação e localização dos pontos de sondagem SPT
Figura 3 - Planta de fundação e localização dos pontos de sondagem SPT
Fonte: planta elaborada pelo autor
60
ANEXO C – Localização da obra no centro urbano de Santa Cruz do Sul
Figura 4 – Localização da obra no centro urbano de Santa Cruz do Sul
Fonte: Google Earth
61
ANEXO D – Mapa geológico da cidade de Santa Cruz do Sul
Figura 5 – Mapa geológico de Santa Cruz do Sul
Fonte: Mapa Geológico do Rio Grande do Sul - CPRM
62
ANEXO E – SPT 01
Figura 6 - SPT 01
Fonte: Empresa de nome confidencial
63
ANEXO F – SPT 02
Figura 7 - SPT 02
Fonte: Empresa de nome confidencial
64
ANEXO G – Tabela 7
TABELA 7 – Coeficientes F1 e F2
Tipo de estaca
F1
F2
Franki
2,50
5,00
Pré-moldadas
1,75
3,50
Escavadas
3,00
6,00
Fonte: ALONSO, 2011.
65
ANEXO H – Tabela 8
TABELA 8 – Coeficientes K e
Tipo de solo
K (Mpa)
Areia
1,00
1,4
Areia siltosa
0,80
2,0
Areia silto-argilosa
0,70
2,4
Areia argilosa
0,60
3,0
Areia argilo-siltosa
0,50
2,8
Silte
0,40
3,0
Silte arenoso
0,55
2,2
Silte areno-argiloso
0,45
2,8
Silte argiloso
0,23
3,4
Silte argilo-arenoso
0,25
3,0
Argila
0,20
6,0
Argila arenosa
0,35
2,4
Argila areno-siltosa
0,30
2,8
Argila siltosa
0,22
4,0
Argila silto-arenosa
0,33
3,0
Fonte: ALONSO, 2011.
(%)
66
ANEXO I – Tabela 9
TABELA 9 – Coeficiente C
Tipo de solo
C (KPa)
Argilas
100
Siltes
250
Areias
400
Fonte: ALONSO, 2011.