UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA - UNAMA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
ESTACAS DE COMPACTAÇÃO DE MATERIAL GRANULAR EM SOLOS MOLES
BELÉM – PA
2013
UNIVERSIDADE DA AMAZÔNIA - UNAMA
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
CAMILLA FIGUEIREDO MIRANDA
MOISES DE JESUS GRELLO DA SILVA
ESTACAS DE COMPACTAÇÃO DE AREIA EM SOLOS MOLES
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao
curso de Engenharia Civil, sob orientação do
Prof MSc. Wandermyr Matos dos Santos,
como requisito para obtenção da graduação do
curso.
BELÉM – PA
2013
CAMILLA FIGUEIREDO MIRANDA
MOISES DE JESUS GRELLO DA SILVA
Tese apresentada como trabalho de conclusão de curso de Engenharia Civil
pela Universidade da Amazônia (UNAMA), defendida e aprovada em
______/________/_______ pela bancada examinadora constituída pelos, professores:
Orientador:____________________________________
Profº: Wandermyr Mata dos Santos
Membro: ______________________________________
Prof. Dr. Leonardo Augusto Lobato Bello
Menbro:______________________________________
Prof. Dr. Marcio dos Santos Barata
AGRADECIMENTOS
Agradecemos:
a) Primeiramente a Deus pela realização deste trabalho;
b) A minha família que tem apoiado cada passo da minha vida
c) Aos meus amigos que participaram direta e indiretamente para a
conclusão deste trabalho;
d) De maneira especial ao Prof. MSc. Wandemyr Mata dos Santos pela
dedicação e compreensão na orientação do trabalho;
e) De maneira especial ao meu pai Natalino de jesus Cardoso Miranda pela
participação no trabalho, pelo auxílio que me deu na minha vida
profissional (Camilla miranda)
DEDICÁTÓRIA
Dedicamos este trabalho primeiramente aos nossos pais, pois sem eles
não teríamos chegado até aqui, em segundo lugar ao nosso grande Mestre e
Professor Prof. MSc. Wandemyr Mata dos Santos pela orientação, incentivo e
valiosa contribuição durante este trabalho, a todos os demais professores e
funcionários da Universidade da Amazônia aos colegas de classe que sem eles
nossa caminhada teria sido muito mais árdua.
“Como se aprende a andar? Não
adianta fornecer informações sobre
o mecanismo da locomoção. Só se
aprende errando. A criança vai
percebendo gradativamente o que
dá certo e o que dá errado. Os
tombos
constituem
o
melhor
aprendizado. Os principiantes em
informática precisam pensar pelo
mesmo ciclo de aprendizado que as
crianças que aprendem a andar. O
método de tentativa e erro parece
ser o único que funciona”.
Engº. A. Carlos de Vasconcelos
Belém, 04 de junho de 2013.
9
RESUMO
O objetivo deste trabalho é apresentar um estudo do comportamento de
alguns parâmetros geotécnico de solos moles na região da grande Belém/PA, após
a melhoria do solo com emprego da estaca de compactação de areia. Este
procedimento é um método de melhoramento do solo de baixa resistência com o
propósito de aumentar a sua capacidade de suporte e diminuir o coeficiente de
recalque das fundações. A eficiência do método foi avaliada a partir de ensaios
realizados antes e após a execução das estacas. Tais ensaios de campo incluíram,
prova de carga em placas, sondagem SPT (standard penetration test), e de
laboratório; através de ensaios densiométricos, seguidos de ensaios de provas de
cargas em placas. Os resultados obtidos de prova de carga sobre as placas foram
realizados e comparados com previsões obtidas pelo método de grelhas lineares e
não lineares, aplicando os softwares computacionais disponíveis no mercado,
conhecidos por EBERICK e TQS, a partir da retro análise dos ensaios. Este
procedimento consegue prever e analisar os resultados de campo através da
relação de Carga x Recalque do sistema de fundação. Será observada a eficiência
do desempenho dessa solução através da relação S x D (Espaçamento x Diâmetro),
para uma determina sessão de placa de Radier.
Palavra-chave: Mecânica dos solos, software, sensibilidade estrutural.
10
ABSTRACT
The objective of this work was to study the behavior of some geotechnical
parameters of soft soils in the greater Bethlehem / PA after soil improvement with use
of sand compaction pile. This procedure is a method of improving the soil of low
resistance in order to increase its bearing capacity and decrease the discharge
coefficient of the foundations. The efficiency of the method was evaluated from tests
performed before and after the execution of the cuttings. These field trials included,
proof load on plates, SPT probe (standard penetration test) and laboratory;
densiométricos through testing, followed by testing load tests in plates. The results of
load test were performed on the plates and compared with the estimates obtained by
the method of nonlinear and linear gratings, applying computational software
available in the market and known to EBERICK and TQS from the retro analysis
tests. This procedure can predict and analyze the results of the field through the
relation x Cargo Pumping System Foundation. It will be observed that the
performance efficiency of the solution through the S x D (x spacing diameter) for a
session determines Radier plate.
Keyword: Soil Mechanics, software, structural sensitivity.
11
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Recalque wrup 20
24
Quadro 2 – Método de análise Computacional
41
Quadro 3 – Método de cargas utilizadas
42
Quadro 4 – Quadro de recalques
30
Quadro 5 – Dados gerais das colunas de areias
49
12
LISTA DE FIGURAS
Figura 1A-Tecnicas de Melhoramento do solo
18
Figura 1B-Modelos utilizados
20
Figura 2-Esquema de fundação direta ou rasa
21
Figura 3-Processo de ruptura do maciço do solo
26
Figura 4-Requalque de uma fundação superficial sobre carga vertical
28
Figura 5-Distribuição de pressões e perfil de recalque
30
Figura 6-Planta de locação dos radiers
36
Figura 7-Área de implantação dos radiers
37
Figura 8-Laudo de sondagem (SPT)
38
Figura 9-Secção transversal do Radiers
39
Figura 10-Armação das Lajes do Radier
40
Figura 11- Grelha 3D
41
Figura 12 A- Localização das placas
70
Figura 12 B- Localização das placas
71
Figura 13-Locação e nivelamentos dos radiers
45
Figura 14- Locação e nivelamentos dos radiers
46
Figura 15-Execução das colunas de areias
48
Figura 16-Curva Granulométrica (ABNT)
49
Figura 17-Projetos das colunas de areias
50
Figura 18-Retiradas dos bloquetes hexagonais
51
Figura 19-Montagem das formas dos radiers
52
Figura 20-Montagem das armações dos radiers
52
Figura 21-Motagem das armações dos radiers
53
Figura 22-Concretagem e nivelamento dos radiers
54
Figura 23-Corpos de Provas
55
Figura 24-Posicionamento das Placas
56
13
Figura 25-Locação das placas de monitoramento
57
Figura 26-Nivelamento e localização das placas
58
Figura 27-Carregamento uniforme dos radiers
67
Figura 28-execução dos carregamento dos radiers
69
Figura 29-Nivelameto das placas e monitoramento dos recalques
72
Figura 30-Localização das placas (nós)
74
Figura 31-Malha de elementos infinitos e recalques total do radier
75
Figura 32-isoderformada e deformada lenta
75
Figura 33- gráficos de recalques
76
14
SUMÁRIO
RESUMO
ABSTRACT
1. INTRODUÇÃO................................................................................................... 09
2. A MECÂNICA DO SOLO NA ENGENHARIA CIVIL.......................................... 13
2.1. CRONOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO DA MECÂNICA DO SOLO..................... 13
2.2. MELHORAMENTO DO SOLO....................................................................................17
2.3. TÉCNICAS MAIS COMUNS.......................................................................................18
2.4. TÉCNICA PROPOSTA...............................................................................................18
2.5. FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS................................................................................... 21
2.6. MÉTODOS PARA A PREVISÃO DE CAPACIDADE DE CARGA ÚLTIMA............... 24
2.7. MÉTODO PARA PREVISÃO DE RECALQUES.........................................................26
2.8. RECALQUES ELÁSTICOS........................................................................................ 29
2.9. INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA............................................................................ 32
2.10. MÉTODOLOGIA CIENTIFICA.................................................................................. 35
2.11. CONSTRUÇÃO DOS RADIERS.............................................................................. 44
3. ANÁLISE DOS RESULTADOS..................................................................................... 70
3.1. INTRODUÇÃO E ASPECTOS GERAIS..................................................................... 70
3.2. ANÁLISE E RESULTADOS DO EXPERIMENTO REAL............................................68
3.3. SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL...............................................................................72
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS................................................................................75
5. REFERÊNCIAS................................................................................................. 77
6. ANEXOS............................................................................................................78
15
1. INTRODUÇÃO
Atualmente, a melhoria do solo tem se tornado parte de muitos projetos de
engenharia civil. Com o crescimento dos grandes centros urbanos, há a necessidade
cada vez maior, de se utilizarem solos de baixa resistência como suporte das
fundações de grandes obras. Muitas técnicas de melhorias dos solos permitem a
execução de tais obras, garantindo o uso adequado do solo satisfazendo os critérios
técnicos e econômicos.
As técnicas de melhorias também são muito usadas após o término das
construções, quando se precisa aumentar a resistência do solo, para garantir melhor
estabilidade.
Mitchell (1970) cita que, independente da técnica, o propósito do tratamento é
eliminar o perigo de recalque excessivo, atendendo, assim, todos os índices de
produtividade, custo, durabilidade, segurança e conforto.
Embora o custo de uma fundação bem projetada esteja em torno de 3% a
10% do valor da obra. Segundo Brito (1987), exceção feita em casos especiais nas
etapas de concepções de projetos, execução e fiscalização do empreendimento. No
caso específico desse trabalho, existe um aspecto relevante sob o ponto de vista
econômico que é viabilizar o elemento fundação do tipo radier como piso da unidade
habitacional como forma de gerar economia em obra de grande escala.
Em função disso, demonstra-se através de uma alternativa de racionalização
de serviços que é possível às construtoras aumentarem seus lucros sem deixar de
lado a qualidade. Isto porque, consegue-se aumentar a durabilidade e diminuir o
custo de manutenção, tornando-se, portanto, relevante à oportunidade dessa
abordagem.
1.1. DEFINIÇÃO DO TEMA
Através de um trado e com auxílio de uma draga, perfuram-se orifícios
manualmente no solo com diâmetros e espaçamentos entre eles calculados, a fim
16
de que se introduza areia e, a cada meio metro, compactando-a até chegar ao nível
do solo para drenagem e seu melhoramento, no intuito de projetar-se um radier com
medidas calculadas na superfície do solo tratado com as estacas de areia;
calculando-se posteriormente o recalque acontecido no outro radier em um solo não
tratado.
1.2. PROBLEMATIZAÇÃO
O fato de haver um crescimento no âmbito urbano e, consequente a isso, a
valorização das áreas nobres, a construção de habitações de interesse social tem-se
desenvolvido
muito,
buscando-se
o
maior
aproveitamento
de
áreas
que
possivelmente não seriam construídas abaixo custo, porém através das estacas de
areia possibilita-se seu aproveitamento com menores custos.
O problema da interação é bastante complexo, de tal maneira que as
pressões de contato com a base da fundação dependem de muitos fatores, como: a
rigidez da estrutura, a intensidade e tipos de carregamento, o tipo de solo, a
profundidade de assentamento, e a estratificação do terreno. Identificando previsões
que seriam críticas à segurança, funcionalidade, e economia do projeto sendo
confiáveis e aplicáveis.
Analisando-se o comportamento de um radier plano apoiado sobre solo mole,
melhorado pela inclusão de colunas de areia, é proposta uma abordagem de simples
modo, verificando-se as tensões de cisalhamento na interface coluna-solo. Contudo
este modelo não analisa o resultado da camada enrijecida na parte superior do solo
mole melhorado.
1.3. OBJETIVOS
GERAL
- Verificar a viabilidade de utilização de uma estrutura de concreto armado do
tipo radier plano, concluída e carregada sobre o solo mole tratado superficialmente
17
com a colocação de colunas de areia, comparando seu desempenho em relação aos
recalques comparados com o outro radier executado e também carregado sobre o
solo mole sem o tratamento “natural”.
ESPECÍFICOS
- Uma das metas desta pesquisa é justamente analisar o comportamento de um
radier plano apoiado sobre solo mole, melhorado pela inclusão de colunas de areia,
como meio de fundação para habitações de interesse social a partir de uma
constatação dos recalques ocorridos e da comparação com resultados de projetos
computacionais.
1.4. HIPÓTESES
Serão utilizados os seguintes carregamentos para analise correspondentes a
10,40 KN/m², os recalques totais e diferenciais ocorridos e sofridos pelo elemento
estrutural da fundação superficial, obtida através da estrutura carregada – solo mole,
serão compatíveis com a integração estrutural e funcional da unidade já construída.
18
1.5. LIMITAÇÕES DO TRABALHO
As principais limitações encontradas durante o desenvolvimento e na
realização do experimento com o resultado esperado foram, a saber:
- O elevado custo para produzir o experimento em escala real.
- A pouca quantidade de documentos encontrados sobre prova de carga em
elementos de fundação do tipo radier.
- As dificuldades temporais para medir recalque primário e secundário.
- As questões ambientais.
- A impossibilidade financeira de utilizar outras técnicas de amostragens
indeformada e ensaios destinados à parametrização geotécnica do solo.
19
2. A MECÂNICA DO SOLO NA ENGENHARIA CIVIL
A necessidade de o homem trabalhar com os solos encontra sua origem nos
tempos mais remotos. Estudos revelam que este procedimento é tão antigo quanto à
civilização. Recordam–se, entre outros, os problemas de fundações e obras de terra
que estão surgindo quando das grandes construções representadas pelas grandes
pirâmides do Egito, os templos da babilônia, a grande muralha da china, os
aquedutos e as estradas do império romano.
Segundo estudos de Vauban (1687), Coulomb (1773), Rankine (1856) e
outros: os solos são como “massas ideais de fragmentos”, atribuindo-lhe
propriedades de material homogêneo e estudando-os mais de um ponto de vista
“matemático” do que “físico”. Assim, foram desenvolvidas as “teorias clássicas”
sobre o equilíbrio dos maciços terrosos, de sentido predominantemente matemático
e sem o correspondente ajustamento de suas conclusões a realidade física. Essa
teoria, apesar das suas limitações tão conhecidas, atualmente, desempenharam
importante papel no desenvolvimento dos estudos dos maciços de terra.
2.1. CRONOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO DA MECÂNICA DO SOLO
Conforme Mineiro (1981), muitos estudos consideram que a mecânica do solo
tenha surgido em 1920, desenvolvendo-se melhor até meados de 1940. Contudo,
isso é um fato errôneo, uma vez em pesquisas apontam que vários fatores
antecederam este fato, como pode ser visto na cronologia a seguir:
• 5.000 a 2000 AC: Desde os tempos mais remotos, observa-se que palafitas
ou estacarias de sustentação das povoações lacustres era, construídas no período
neolítico nas regiões dos atuais países Suíça e Itália.
• 2700 AC: Neste período, construí-se a pirâmide de Quépos, no Egito, com
150 m de altura.
• 1500 AC: Foi marcado pela construção na China de diques de defesa contra
as cheias dos rios.
20
• 484 a 460 AC: Heródoto e Hipócrates referiam-se às povoações lacustres
florescentes no Lago Présias nos Bálcãs e a leste do Mar Negro.
• 221 a 207 AC: As Muralhas da China foram neste período (Great Wall of
China).
• 1174 a 1350: A famosa Torre de Pisa foi levantada neste período (Leaning
Tower of Pisa).
• 1312 a 1325: Surge a cidade do México e, juntamente com a mesma,
realiza-se a primitiva construção do povo Asteca no campo das fundações.
• 1638: Galileu Galilei passou a desenvolver as primeiras notas sobre o
comportamento de maciços granulares.
• 1739: Bullet, Couple e Belidor apresentam fundamentos teóricos e cálculos
para muros de arrimo.
• 1776: Coulomb passa a publicar trabalho clássico, na qual passa a defender
o princípio básico da resistência ao corte dos solos. Desenvolve, então, uma teoria
correta para a estabilidade de muros de arrimo e põe em prática os primeiros passos
para o estudo da estabilidade de escavações, barragens de terra e aterros.
• 1802: Berigny inventa um processo de injeção em areias utilizando argila e
lodo.
• 1811: Telford compreende empiricamente o princípio da consolidação de
argilas.
• 1822: Cauchy aborda o estado de tensão e deformação em torno de um
ponto no interior de um maciço terroso.
• 1829 a 1853: Encontram-se vestígios de povoações lacustres nos Lagos de
Zurique, Grok-Chai, Paleostrum e em outros da Ásia menor. Por conseguinte, foram
feitas descobertas semelhantes em lagos do leste da França e norte da Itália. Os
italianos contribuíram para a consolidação do termo palafita (povoações cercadas de
água).
21
• 1838: Telford aplica a técnica de pré-carregamento em argila.
• 1840: Poncelet generaliza os métodos de Coulomb para o caso de muros de
arrimo com paramento inclinado.
• 1841: Triger afunda um caixão de ar comprimido.
• 1852: Lamé retoma os estudos de Cauchy.
• 1852: Michoux sugere o processo de congelamento do solo.
• 1856: Darcy enuncia a lei de escoamento de água em meios porosos.
• 1856: Rankine apresenta à Royal Society of London trabalho relativo à
estabilidade de maciços arenosos, onde aplica pela primeira vez as equações de
equilíbrio interno de maciços homogêneos.
• 1867: Howkesly introduz a prática de injetar argamassa de cimento nas
fundações em rocha de barragens.
• 1878: Boussinesq apresenta a solução matemática sobre a distribuição das
tensões no interior de um sólido elástico semi-indefinido, homogêneo e isotrópico,
sob a ação de uma carga vertical na superfície.
• 1883: Robert Stephensons, para a construção de um túnel, utiliza a técnica
de rebaixamento do lençol freático através da execução de poços.
• 1904 a 1944: Construção do Palácio das Belas Artes na cidade do México.
• 1908: Atterberg torna-se conhecido pelos seus estudos sobre a plasticidade
dos solos e suas classificações.
• 1913: Forma-se na Suécia a Comissão Geotécnica das Estradas de Ferro,
onde pela primeira vez utiliza-se o termo “geotécnico”.
• 1914: Otto Mohr aplica ao caso de maciços terrosos a sua concepção de
curvas envolventes dos estados de limite elástico e de ruptura de materiais.
22
• 1916: Hultin e Pettersons estudam as superfícies potencias de
escorregamento em maciços coerentes.
• 1917: Forchheimer desenvolve a utilização de linhas de corrente e
equipotenciais para o estudo da percolação de água em meios porosos.
• 1918 a 1926: Fellenius aprofunda os métodos de estudo para o cálculo de
estabilidade de maciços sujeitos a escorregamentos de superfície cilíndrica.
• 1916 a 1926: Também neste período, inventam-se métodos de amostragem
indeformada de solo e o ensaio de penetração de cone para a avaliação grosseira
da resistência ao corte das argilas. Compreende-se parcialmente o fenômeno de
consolidação das argilas, cria-se o método ø = 0 para a análise de estabilidade de
superfícies cilíndricas de deslizamento e investiga-se a capacidade de carga em
estacas de atrito, isoladas e em grupo.
• 1925: Karl Terzaghi, professor em Viena, publica a sua excepcional obra
“Eardbaumechanic auf Boden Physikalishe Grundlage” (A Mecânica dos Maciços
Terrosos Baseada na Física do Solo).
• 1930: Buisman, baseado nos trabalhos de Terzaghi, monta em Delft um
laboratório de mecânica dos solos.
• 1934: Caquot e Kerisel publicam na França um tratado sobre mecânica dos
solos, com importante contribuição à teoria dos empuxos de terra.
• 1936: Realiza-se na Universidade de Harward a primeira conferência
internacional de mecânica dos solos.
• 1940: Buisman publica um livro sobre o estado geral do conhecimento,
dedicando-se aos problemas de adensamento de argilas. Constrói um penetrômetro
simples e prático para estudos in situ das propriedades mecânicas do solo.
23
2.2. MELHORAMENTO DO SOLO
Na maioria das vezes, o solo como material de fundação nem sempre oferece
as condições ótimas à feitoria de construções, como pela baixa capacidade de
suporte ou pela sua elevada compressibilidade.
Realizar obras sob essas condições implica em soluções caras, com elevada
relação custo-benefício, muitas vezes inviabilizando os pequenos empreendimentos.
A melhoria do solo com estacas de compactação constitui-se em um processo
em que estacas de areia e seixo são introduzidas em solos de baixa resistência,
melhorando suas propriedades geotécnicas através de grandes energias de
compactação por esforços dinâmicos ou vibração.
Com o tratamento de compactação do solo, suas reações variam com o tipo
do solo e com a energia empregada. No caso de solos predominantemente
coesivos, as estacas funcionam como drenos verticais de areia, em que o aumento
da resistência é oriundo da aceleração do adensamento.
Sabhahit et al (1997) afirmam que a energia liberada, durante a instalação da
estaca granular, causa um aumento na pressão neutra do solo adjacente, e, desde
que a estaca atue como dreno, a resistência e a rigidez do solo aumentam
rapidamente.
No que diz respeito às condições geotécnicas, Mitchell e Jardine (2002, p.14)
consideram que se tornam desfavoráveis os casos em que as obras são executadas
sobre solos moles e, dependendo da intensidade das cargas e dos sistemas
estruturais, observa-se que algumas indicações podem ser estabelecidas, evitando,
assim, trocando o local de implantação da obra ou utilizando fundações profundas;
substituindo a camada fraca por outra mais resistente; projetando as estruturas de
tal forma que resistam aos seus movimentos; tratando-os a fim de melhorar suas
propriedades ou simplesmente abandonando o projeto.
Ainda em conformidade com os autores, considerando uma extensa gama de
técnicas disponíveis no mercado atual, percebe-se que a viabilização de um
empreendimento, a partir de tratamento ou melhoramento de solos problemáticos, é
uma alternativa viável em muitos casos (ibid, p.16).
24
Diante de toda esta contextualização, uma das metas desta pesquisa é
justamente analisar o comportamento de um radier plano apoiado sobre solo mole,
melhorado pela inclusão de colunas de areia.
2.3. TÉCNICAS COMUNS
Muitas
técnicas
são
empregadas
para
o
melhoramento
de
solos
problemáticos. Conforme enfatizam Mitchel e Jardine (2002), isto se dá devido às
necessidades específicas de cada obra, podendo, então, ser sobrepostas de
maneira isolada ou mesmo conjugadas. Sob a ótica conceitual, torna-se relevante
que se busque apenas elucidar porque determinadas técnicas funcionam e, de
maneira racional, compreendê-las, de tal modo que melhorias e limitações possam
ser identificadas. A figura 01 apresenta algumas alternativas à melhoria dos solos.
Figura 1A – Técnicas de melhoramento do solo
25
2.4. METODOLOGIA PROPOSTA
Em face da presença de solo mole no sitio experimental: sito estacionamento
da Unama Alcindo Cacela, a ideia da realização das colunas de areia manualmente
compactadas e regularmente distribuídas sob o radier 2 com o tratamento
de
estacas de areia; foi a de incorporar ao subsolo material mais resistente e menos
compressível, numa tentativa de melhorá-lo em suas propriedades de resistência e
compressibilidade.
Minette et al. (1994, p. 57) afirmam que “a substituição parcial do solo natural
pela introdução em pontos localizados de volumes de materiais granulares, reduz
sobremaneira os recalques e aumenta consideravelmente a capacidade de carga do
radier tratado”.
De acordo com Mitchell e Jardine (2002), para construções de pequeno porte,
devem-se utilizar colunas de areia, cuja técnica econômica consiste no
melhoramento de solos finos e compressíveis.
Ainda me consonância com estes autores (ibidem), em virtude das suas
características de resistência e rigidez, absorvem boa parte das cargas aplicadas
com recalques relativamente menores quando comparados com as condições
existentes em solos moles naturais. Além disso, como vantagem, aceleram o
processo de adensamento minimizando-o no período de pós-construção. Para
Shahu, Madhav e Hayashi (2000), entre os diversos modelos que existem para que
se analise o comportamento de solos melhorados pela incorporação de colunas de
areia, poucos, porém, incorporam a presença de camadas sobrejacentes
artificialmente enrijecidas ou mesmo das estruturas de fundação.
Nesse sentido, admite-se que, por razões de ordem econômica, torna-se
importante que se considere uma análise sobre a presença da camada rígida
sobrejacente, existindo, então, a necessidade de observar alguns parâmetros que
podem contribuir para o bom desempenho do solo melhorado. De maneira
específica, cita-as como sendo, a saber: o índice de área, a rigidez relativa e o
índice de profundidade.
Shahu, Madhav e Hayashi (2000, p 46), propõem uma abordagem simples
sobre a avaliação das tensões de cisalhamento na interface coluna-solo baseada no
26
conceito de “unidade celular”, embora não considere esse modelo como efeito da
camada enrijecida no topo do solo mole melhorado.
Diante disto, propõe-se um modelo unidimensional que vise analisar tensões
e deformações do solo melhorado com a camada enrijecida de topo (radier
granular), através de todo um estudo detalhado realizado paramétrico que possa
avaliar a influência relativa de cada parâmetro no desempenho do solo melhorado.
Assim sendo, buscando-se prever o desempenho da solução proposta na
pesquisa, a partir das suas características, propriedades e diferenças, apresentarse-á as bases conceituais do método acima referido e alguns valores obtidos para o
caso aqui desenvolvido.
Especificamente quanto às colunas de areia e salientando-se que não foram
feitos ensaios de campo posteriores à sua execução, ressalta-se o uso de valores
estimados para os parâmetros geotécnicos. A Figura 01 mostra os modelos
propostos, suas nomenclaturas e algumas diferenças entre os mesmos.
27
Figura 1 B – Modelos utilizados
28
2.5. FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS
2.5.1. CONCEITO
A Norma Brasileira (NBR) 6122 (1996) considera que a fundação é direta
quando carga é transmitida ao terreno, havendo, predominantemente, pressão
distribuída sob a base da fundação, cuja profundidade de assentamento em relação
ao terreno adjacente se torne inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação;
compreendendo, deste modo, as sapatas, os blocos, as sapatas associadas, os
“radiers” e as vigas de fundação, como mostra a figura 02.
Velloso e Lopes (2004) afirmar que a diferença entre uma fundação direta e
uma fundação profunda está vinculada aos critérios em que os mecanismos de
ruptura interno atinjam uma altura duas vezes a sua dimensão. Por este fato, a
norma NBR 6122 (1996) passou a determinar que uma fundação profunda seja
aquela em que há uma profundidade superior duas vezes a sua menor dimensão e
nunca inferior a três metros de profundidade.
Concluindo, Das (1999, P.2) cita que a fundação é direta quando sua largura
B é menor ou igual a sua profundidade de assentamento.
Figura 02 – Esquema de fundações diretas ou rasas
29
2.5.2. TIPOS DE APLICAÇÕES
Segundo a norma NBR 6122 (1996) utiliza-se em todos os tipos de obras que
desde, normalmente, o solo suporte, não contenham rupturas e que hajam
deformações limitadas em relação às cargas provenientes da superestrutura. Logo,
quando houver carregamentos com grande excentricidade ou mesmo em situações
hidrodinâmicas, onde a presença da água possa provocar erosão importante, essa
solução poderá ser adotada considerando com maior rigor que supra as condições
citadas.
2.5.3. DEFINIÇÃO DE RADIER
Segundo a norma brasileira de fundação NBR 6122, a expressão radier deve
ser usada quando uma fundação superficial associada passa a receber todos os
pilares da obra (radier geral) ou, também, quando ocorre apenas parte dos pilares
da obra (radier parcial). Diante disto, de acordo com o desenvolvimento de cada
projeto, estes dois casos podem ser tratados da mesma maneira.
Nesse sentido, compreende-se que o radier é uma laje de concreto armado,
que tem como fundamentação, distribuir a carga total da edificação uniformemente
pela área de contato. Normalmente, utiliza-se de forma econômica quando as cargas
são pequenas e a resistência do terreno é baixa, sendo uma boa opção para que
não seja usada a solução de fundação profunda.
2.5.4. TIPOS E MECANISMO DE RUPTURA NO SOLO
Conforme Cernica (1995), qualquer tipo de material quando é submetido a um
carregamento deformam. O solo, ao contrário de outros materiais mais homogêneos
(aço, concreto, etc.), não apresentação uma relação tensão-deformação definida.
Nessa fase inicial da deformação é atribuída apenas a diminuição do índice de
vazios dentro da formação do solo. Contudo, vale ressaltar que o aumento de carga,
a deformação aumenta a uma taxa mais rápida e isso se deve tanto a diminuição
dos índices de vazios quanto ao deslocamento lateral, juntamente com o
deslocamento vertical. Aplica-se, então, continuamente a carga, o estado de ruptura
se define e a parte maciça se rompe por cisalhamento.
30
Se uma fundação direta apresenta-se apoiada sobre uma areia mais densa
ou argila rijas e é submetida a uma carga vertical crescente Q, a pressão e dada
pela formula ρs = Q/A (sendo A= área da fundação) cresce e há um aumento no
recalque. Segundo Velloso e Lopes(2004) para cargas que apresentam pequenos
valores de carga Q o recalque W são proporcionais, e a fase elástica, onde os
recalques são reversíveis, havendo uma estabilização.
Das (1999) afirma que quando uma pressão ρ torna-se igual à pressão limite
ρrup, o recalque é Wup e o solo onde a fundação se apoia sofre ruptura por
cisalhamento.
Ainda nessa etapa Velloso e Lopes (2004) citam que o recalque torna-se
irreversível e, para um valor crítico da pressão, ocorrendo um recalque progressivo,
mesmo com uma pressão critica aplicada, até a ruptura do solo. Esse tipo é
chamado de ruptura por cisalhamento geral.
Segundo Das (1999) a ruptura do solo na carga limite é uma função de vários
fatores tais como a resistência e compressibilidade relativa do solo, a profundidade
de assentamento da fundação (Df) em relação à sua largura (B) e também a relação
entre suas dimensões (B/L).
De acordo com Velloso e Lopes (2004), a ruptura local é uma espécie de
transição entre a ruptura geral e punção na média em que o modelo e bem definido
apenas imediatamente abaixo da fundação. Há uma tendência de empolamento do
solo nos lados das fundações, mas as superfícies de ruptura terminam dentro do
maciço sem atingir a superfície do terreno. Ainda segundo VELLOSO E
LOPES(2004) se o solo for praticamente incompressível, com finita resistência ao
cisalhamento a ruptura será geral. Caso contrário, será por punção.
2.5.5. RECALQUE NA CARGA LIMITE
Os recalques não dependem de vários valores, a parti de ensaios
laboratoriais realizado em modelos sobre areia, admitidas as condições de Df/B = 0,
segundo Das (1999) considera que uma fundação a uma queda na densidade
relativa resulta em um aumento no recalque na carga limite. Ensaios realizados em
laboratórios, apresentam vários valores de wrup para solos arenosos e argilosos,
sendo apresentados na Quadro 1.
31
Quadro 1 – RECALQUE Wrup
Solo
Df/B
Wrup/B(%)
Areia
0
5 a 12
Areia
Grande
25 a 28
Areia
0
4a8
Areia
Grande
15 a 20
Segundo a norma NBR (1984), recomenda-se que as provas de cargas levem
em conta à limitação do recalque em 25 mm, com diâmetro de 80 cm, recomendado
para a placa rígida carregada com área mínima de 0,5 m², o recalque de ruptura
calculado para a fundação apoiada em solo argiloso, no limite inferior do Quadro 1 é
de 32 mm. Este valor está de acordo com o proposto pela norma.
2.6. MÉTODOS PARA A PREVISÃO DE CAPACIDADE DE CARGA ÚLTIMA
2.6.1. INTRODUÇÃO
A capacidade de carga de uma fundação pode ser definida como uma tensão
transmitida pela fundação capaz de provocar uma ruptura do solo ou uma
deformação excessiva. A capacidade de carga depende de uma série de variáveis,
um exemplo disso seria as profundidades de assentamento sendo a norma
NBR6122/1996 a capacidade de carga do solo pode ser calculadas por vários
métodos, destacando-se:
32
• Provas de cargas em placas;
• Método de Terzaghi, que são baseadas nas propriedades de resistência a
cisalhamento e compressibilidade do solo;
• Métodos empíricos, nos quais a capacidade de carga é obtida com base a
descrição das condições do terreno;
• Métodos semi-empíricos e aquele que as propriedades dos matérias são
estimuladas por meio de correlações e são usadas em teorias das mecânicas
dos solos;
De acordo com a norma NBR 6122, as tensões admissíveis de uma fundação
direta são as tensões aplicadas nos solos, que provocam recalques que a estrutura
pode suportar sem inconvenientes, oferecendo uma segurança contra ruptura ou
escoamento do solo.
2.6.2. TEORIA DE TERZAGHI
Terzaghi em 1943 apresentou uma metodologia para o cálculo da capacidade
de carga de fundações superficiais que tem como principais hipóteses (CINTRA et
al., 2003):
• Comprimento L do elemento de fundação bem maior que a largura B(L/B>5);
• O maciço caracteriza-se por apresentar ruptura generalizada.
O Processo de ruptura do maciço do solo onde se apóia sobre uma fundação
direta que pode ser representada conforme a figura 03. Nessa figura observa-se que
a superfície é dividida em três diferentes regiões:
• Região 1: cunha imediatamente abaixo do elemento de fundação, onde a
superfície da ruptura mostra um trecho reto;
• Região 2: caracterizada pela superfície de ruptura apresenta uma forma de
espiral, que está submetida a um estado de tensões;
• Região 3: caracterizada pela superfície de ruptura e apresenta um trecho reto
e é submetida pelo um estado de tensões passivas.
33
Figura 03 – Processo de ruptura do maciço do solo
De acordo com o modelo proposto por Terzaghi, e esquematicamente
mostrado na Figura 3, a ruptura do solo, quando submetido a uma tensão igual a
ocorrerá inicialmente na forma de puncionamento que se caracterizará pelo
deslocamento vertical da cunha formada na região I abaixo do elemento de fundação.
Este puncionamento originará empuxos laterais de terra sobre a região II, que os
transmitirá à região III, fazendo com que toda a resistência ao cisalhamento do solo
ao longo da superfície de ruptura que delimita as regiões II e III seja mobilizada.
Velloso e Lopes(2004).
2.7. MÉTODO PARA PREVISÃO DE RECALQUES
2.7.1. INTRODUÇÃO
De acordo com Aoki (2000), uma obra de engenharia civil terá seu
desempenho ao longo de sua vida útil, a partir, especialmente, da sua fundação.
Isto, por sua vez, irá depender do grau de alteração do maciço de solo durante a
34
fase de execução desta última. Acrescenta-se, ainda, que o procedimento da
fundação sob ação da carga de serviço pode ser analisado através da curva carga–
tempo–recalque dos apoios da obra.
Segundo Reis (2000), a compressibilidade dos solos em função do tempo
aparece no fenômeno da interação estrutura-solo como fundamental agente de
desequilíbrio, uma vez que os recalques evoluem e se estabilizam conforme a
importância ou a gravidade dos danos causados por estes recalques à
superestrutura.
A NBR 6122 considera que nas obras em que as cargas mais importantes são
verticais, a medição dos recalques deve se constituir como um recurso fundamental
para a observação do comportamento da obra. A referida norma ainda elucida que
tal medida tem como objetivo permitir a comparação de valores medidos com
valores calculados, visando o aperfeiçoamento dos métodos de previsão de
recalques.
Apesar disso, Danziger (2000) enfatiza as fundações no Brasil consistem em
realizar controle de recalques somente em situações em que são percebidos
problemas em edificações, ou seja, quando há trincas ou rachaduras. Considera-se
ainda que o papel relevante da medida dos recalques se faz presente desde o início
da construção como um controle de qualidade das fundações.
Velloso & Lopes (2004) citam o recalque instantâneo ou imediato como o que
ocorre imediatamente após o carregamento, indicado como na Figura 04.
Este
recalque é proveniente de deformações a volume constante (distorções, sem
redução do índice de vazios) e que se processa quase que simultaneamente à
aplicação do carregamento, em condições não-drenadas em argilas e condições
drenadas em areias. A parcela de recalque que ocorre com o tempo é indicada
como ρt na mesma figura.
Assim, o recalque total ou final seria:
35
ρf = ρi+ ρt
Figura 04 – Recalques de uma fundação superficial sob carga vertical centrada
Velloso e Lopes (2004) propõem que a parcela de recalque que se processa
com o tempo se deve ao adensamento (migração de água dos poros com
consequente redução no índice de vazios) e a fenômenos viscosos Este último,
também chamado de fluência, é comumente tratado como adensamento secundário.
Então:
ρt = ρa+ ρv
Onde:
ρa = parcela devida ao adensamento
ρv= parcela devida a fenômeno viscosos
Os autores afirmam que em solos de drenagem rápida, ρt ocorre
relativamente rápido, pois não há praticamente geração de excessos de pressão
neutra com o carregamento.
Segundo Burland e Wroth (1982), o engenheiro civil tem basicamente dois
problemas na concepção de projetos em relação ao recalque. Primeiramente em
avaliar os recalques diferenciais admissíveis que ele propõem que a estrutura possa
suportar e em segundo lugar, tem que prever os valores de recalque diferencial e
36
total podem ser superados, e ainda referem-se a dificuldade de tratar questões
relacionadas ao recalques admissíveis e a interação solo-estrutura, na medida em
que compõem o problema global de funcionalidade e interação estrutural,
consideram como razões principais:
1.
A
compressibilidade
de
camadas
argilosas
depende
principalmente de dois fatores: do limite de liquidez da argila e do
valor da maior pressão à qual a
argila esteve sujeita desde a sua
deposição.
2.
Em argilas normalmente adensadas, o teor de umidade (H) é
geralmente próximo ao limite de liquidez (LL). Se o teor de umidade
é consideravelmente mais baixo que o limite de liquidez, a
sensibilidade da argila será excepcionalmente baixa. Por outro lado,
se h for consideravelmente maior que LL, a argila provavelmente
terá uma alta sensibilidade. Em qualquer caso, as argilas
normalmente adensadas são sempre moles a uma profundidade
considerável abaixo da superfície.
3.
A compressibilidade de uma argila pré-adensada depende
não somente do seu limite de liquidez mas também da relação ∆σs
/(σ’vm-σ’v0). Se essa relação é menor que 50%, a compressibilidade
da argila será provavelmente de 10% a
25% a de uma argila
semelhante em estado normalmente adensado.
Em virtude da necessária fundamentação ao experimento proposto e
realizado, a seguir estão apresentados alguns aspectos conceituais e metodológicos
relacionados à difícil tarefa de compreender e prever recalques.
2.8. RECALQUES ELÁSTICOS
Os recalques elásticos ou imediatos são devidos a deformações elásticas do solo
de apoio de uma fundação, e acontece logo após a aplicação das cargas. Nota-se
que a velocidade de evolução das deformações é um fator muito importante para as
estruturas, sendo que as deformações que se processam mais rapidamente são as
mais críticas. Portanto, daí, o interesse no estudo dos recalques elásticos,
importantes nos solos arenosos ou nos solos não saturados. (CERNICA,1995)
37
Sobre recalque elástico em fundações diretas, passa pelo conceito e das
diferenças entre uma fundação flexível e uma fundação rígida. Quando uma
fundação direta e considerada flexível, apoiada sobre um meio elástico e com
presença de material argiloso, e submetida a uma carga uniformemente distribuída,
a pressão de contato será uniforme. Nesse caso, o recalque é maior no centro ao
contrário de uma fundação similar, apoiada sobre solo granular, onde o recalque é
maior nas extremidades, mantidas a uniformidade da pressão de contato. Esse fato
deve-se à falta de confinamento existente nessa situação. Caso a fundação seja
considerada rígida, em meio elástico ou granular, o recalque permanece o mesmo
em todos os pontos, variando porem a pressão de contato (DAS,1999)
Figura 05 – DISTRIBUIÇÃO DE PRESSÕES E PERFIL DE RECALQUE
Quanto as pressões de contato, Shulze e Simmer (1970) consideram os
seguintes tópicos:
1. Rigidez da estrutura, expressão pelo produto E I, com os casos limites de
uma estrutura rígida (E I =∞) ou flexíveis (E I = 0).
2. Tipos de carregamento
38
3. Profundidade de assentamento da fundação
4. Tipo e estratificação do solo
Para admitir que uma fundação pode ser considerada flexível ou rígida quando
seus
coeficiente
de
rigidez
(k’)
correspondem
aos
valores
“0”
ou
“∞”,
respectivamente, SHULZE e SIMMER (1970) referem-se ao comentário existente na
norma DIN 4018, item 5.1, o qual indicam que é rígida quando k’> 0,5 e flexível ou
elástica quando 0<k’≤0,5. Os autores também indicam equações para determinar os
coeficientes de rigidez (k’) para as seguintes colocações:
1. Rigidez estrutural da obra
K’ =
2. Rigidez para placas retangulares
K’ =
3. Rigidez para placas circulares
K’ =
Onde:
EI = Rigidez da estrutura
I/A = d3/12 = Momento de inércia de uma faixa de largura unitária
39
E = Módulo de elasticidade do concreto
Es= Módulo de compressibilidade elástica do solo
B= Dimensão da estrutura no sentido do eixo de flexão estudado
L d= Dimensão da estrutura transversal ao eixo de flexão estudado Espessura
da viga ou placa de fundação
D1 = Diâmetro da placa circular
2.9. INTERAÇÃO SOLO-ESTRUTURA
A análise da interação solo-estrutura tem como finalidade fornecer os
deslocamentos reais da fundação e seus esforços internos. Esses esforços podem
ser obtidos diretamente através da análise d a interação ou, indiretamente, por meio
das pressões de contato. A determinação das pressões de contato é necessária
para o cálculo dos esforços internos no radier, a partir do qual é feito seu
dimensionamento estrutural.
Segundo a VSL Internacional LTD (1990) o peso próprio e as cargas
horizontais aplicadas pela estrutura resultam em tensões e deformações
significantes na região do solo ao redor da fundação. A deformação no solo diminui
a medida que a distância entre o ponto considerado e a fundação aumenta, e a
região além desta distância exerce uma influência pouco significativa no
comportamento global da estrutura. Consequentemente, essa região do solo pode
ser modelada como rígida.
De acordo com Velloso e Lopes (2004), o problema da interação é bastante
complexo, de tal forma que as pressões de contato na base da fundação dependem
de muitos fatores, tais quais a rigidez da estrutura, a intensidade e tipos de
carregamento, a profundidade de assentamento, o tipo de solo e a estratificação do
terreno.
Segundo os mesmos autores, na Engenharia Civil toda decisão é baseada
numa previsão, tendo o projetista a necessidade de identificar previsões que sejam
40
críticas para a segurança, funcionalidade e economia do projeto, além de estimá-las
quanto à confiabilidade e aplicabilidade.
Uma das condições essenciais na análise da interação solo-estrutura reportase à escolha do modelo de dimensionamento adotado. Maranha das Neves (1994, p.
63), referindo-se ao importante papel desempenhado pelo engenheiro geotécnico ao
julgar a complexidade do comportamento do terreno ou mesmo as limitações dos
modelos, afirma que “não vale a pena dedicar muita atenção à quantificação da
segurança se cometer-se um erro grosseiro, tal como escolher um modelo não
adequado ao projeto em causa”.
Fusco (1976, p. 62), refere-se sobre a importância na escolha do sistema
estrutural, considerando que a vinculação das diferentes partes entre si, muitas
vezes decompostas virtualmente em face do aspecto monolítico da construção, e o
terreno de fundação, deve ser feita através de ligações cujos comportamentos
previstos possam efetivamente ser realizados.
2.9.1. ASPECTOS GERAIS
As fundações recebem cargas da superestrutura, transmitindo-as ao solo de
forma que não ocorram recalques excessivos (BELL, 1985, p. 1). De acordo com o
American Concrete Institute (ACI, 1993), a resposta da fundação é uma complexa
interação entre a própria fundação, a superestrutura e o solo. Essa interação pode
continuar por longo tempo, até que o equilíbrio final entre as cargas e as reações do
solo seja estabelecido. Afirma ainda que nenhum método analítico existente é capaz
de avaliar todos os fatores envolvidos no problema da interação solo-estrutura e que
hipóteses simplificadoras são feitas, por exemplo, para projetar radiers ou sapatas
associadas. Considera que a validade de tais hipóteses e a precisão dos resultados
obtidos pode ser avaliada com base em variáveis tais quais o tipo de solo sob a
fundação,
suas
dimensões,
forma
e
rigidez,
inclusive
da
superestrutura,
excentricidade das cargas e coeficiente de reação vertical do terreno (modulus of
subgrade reaction).
Com relação ao coeficiente kv, para fundação que tenha
dimensão superior a 1,5 m, como no caso dos radiers, considera que essa
propriedade do solo não pode ser adequadamente estimada com base no ensaio de
41
placa, em virtude do efeito escala ser muito severo, embora essa afirmação seja
parcialmente contestada por Briaud e Jeanjean (1994).
Nesse caso, propõe que o problema da interação seja tratado com a
utilização de programas computacionais que permitam variar propriedades, a fim de
observar o comportamento interativo solo-fundação em diferentes situações.
Outro aspecto relevante e decorrente da interação solo-estrutura, trata do
aumento da rigidez proveniente da solidariedade entre os elementos estruturais. A
consideração desse evento na determinação dos recalques pode viabilizar projetos
de fundação que não seriam aceitos em uma análise convencional. Essa condição é
evidenciada quando são comparados recalques previstos e de fato observados,
havendo uma clara tendência a serem mais uniformes e, portanto, menos danosos
aos elementos estruturais (GUSMÃO, 1994, p. 48).
Quanto à forma de representação do solo em análises de interação solo
estrutura, existem dois modelos principais tais quais baseados na hipótese de
Winkler ou admitindo o meio contínuo. Segundo Velloso e Lopes (2002), a diferença
entre esses é grande nas condições de rigidez infinita ou nula, sobretudo nas
pressões de contato em fundações rígidas e nos recalques em fundações flexíveis.
Pela hipótese de Winkler, as pressões de contato são proporcionais aos
recalques e definidas como σs = kvw .
No modelo do meio contínuo, pode ser
considerado elástico ou elasto-plástico, diferindo pela inclusão dos parâmetros
resistentes do solo (c e ø) além dos parâmetros elásticos (Es e υ) já considerados.
42
2.10. MÉTODOLOGIA CIENTÍFICA
2.10.1. PLANEJAMENTO E EXECUÇÃO
2.10.1.1. INTRODUÇÃO
Com o propósito de achar respostas para viabilizar uma estrutura de um
radier plano apoiado e carregado sobre solo mole como uma estrutura plana com a
finalidade de habitações de interesse social, a parti de analise do comportamento
solo-estrutura, optando-se assim pelo experimento em campo, afim de minimizar os
problemas corridos na escala real.
Devidos aos vários fatores que influenciam esse tipo de analise como a
geometria do radier, propriedades físicas e mecânicas dos matérias, intensidade e
forma de carregamento entre outras, e algumas delas foram previamente fixadas, de
tal forma a serem possíveis ajustes aos métodos teóricos utilizados.
Portanto, a partir da caracterização geotécnica, construção dos modelos,
aplicação dos carregamentos propostos e leitura de dimensionamento dos
recalques, procurou-se obter informações reais da interação radier-solo nas
condições experimentais, aumentando os dados locais disponíveis e melhorando as
relações entre a previsão e o desempenho real. Buscar limites de segurança
aceitáveis, maior durabilidade e obras mais baratas foram aspectos também
considerados na escolha do método.
Nessa linha de pensamento, o projeto propôs e estudou uma alternativa de
solução para o problema de interação estrutura-solo mole, projetando e construindo
colunas verticais de areia distribuídas sob o radier 2. De acordo com Mitchell, citado
por Shahu, Madhav e Hayashi (2000, p. 45) e para construções baixas, a execução
de colunas de areia é um método econômico de suporte em solos finos e
compressíveis.
2.10.2. ESCOLHA DO SITIO EXPERIMENTAL
A seleção do local para a implantação do protótipo levou em conta diversos
pontos não exclusivamente o perfil de subsolo, mas também o acesso fácil, a mão
43
de obra e a disponibilidade de sondagens à percussão (SPT). Deste modo, a
reunião dessas condições apontou a utilização do campus Alcindo Cancela da
Universidade da Amazônia (Figura 06), localizada no bairro Umarizal, na cidade de
Belém do Pará, situado perto do canal do Galo.
Figura 06 – Mostra respectivamente o acesso e o local de implantação dos radiers na área
experimental
44
Figura 07 – Imagens da Área de Implantação dos Radiers
2.10.3. ENSAIOS DE CAMPO
Visto o objetivo desta pesquisa, atribuído ao estudo de habitações de
interesse social na competência do tema fundações, definiu que o ensaio necessário
de campo, auxiliar as atividades de parametrização geotécnica do solo, seria o de
sondagem à percussão SPT (Standard Penetration Test). Tem-se que o parecer de
não efetuar técnicas de averiguação mais aprimoradas, decorreu-se dos fatores de
custo e tempo, juntamente com o fato de que para obras mais comuns,
especialmente a do tipo que se propõem esta pesquisa, a parametrização
geotécnica é muito restrita, ao que se buscou seguir. Desta forma, tirou-se partindo
dos ensaios já existentes e realizados quando da execução do prédio adjacente e
muito próximo à área experimental, de forma específica o bloco destinado ao
funcionamento do curso de ciências biológicas.
A Figura 8 mostra, respectivamente, os perfis de sondagem SPT mais
próximos ao local.
45
Figura 08 – Laudo de sondagem (SPT)
Fonte: Wandemir Mata
2.10.6. DIMENSIONAMENTO DOS RADIERS
Os radiers foram dimensionados para atender a norma NBR 6118(2003) de
forma a suportarem as cargas previstas para o experimento dentro do limite
estabelecido pela norma. Por tanto, utilizou-se o programa EBERICK, adotando-se
previamente o valor do coeficiente de recalque igual a 10Mpa/m, mínimo encontrado
na literatura técnica, citado por Velloso e Lopes (20042, p. 169).
A partir da definição da geometria, caracterização do solo de fundação e
definições dos casos de carregamento, utilizando elementos de placas quadradas
apoiadas no solo. A partir dos esforços solicitantes, deformações e reações de
46
apoios obtidos através do processamento da estrutura e verificações de tensões e o
dimensionamento das placas de concreto armado foram feitas através dos valores
obtidos pelo programa como a figura 10 A e 10 B mostram respectivamente.
Figura 09 – Seção transversal do radier
Figura 10 – ARMAÇÃO DAS LAJES DO RADIER
47
Figura 11–GRELHA 3D
48
2.11. CONSTRUÇÃO DOS RADIERS
Obedecendo aos critérios e recomendações do projeto, os radiers foram
construídos da forma explícita abaixo. E após a locação, realizamos o nivelamento
das plataformas de implantação dos radiers com um corte médio de 10 cm no
terreno, tudo executado manualmente pelos operários.
Após a colocação das formas de madeira sobre este corte, foi distribuída e
compactada uma camada de areia média, com espessura de aproximadamente
2cm, com a finalidade de propiciar uma condição adequada à execução das
armaduras. Feitas com barras de aço CA-60, com 6mm de diâmetro e cortadas com
4m de comprimento, sua montagem foi feita em grelha. A primeira foi a armadura
inferior, malhas quadradas com espaçamentos de 25cm, com seus devidos
espaçadores de concreto de 1,5cm de espessura para não ficar diretamente sobre a
plataforma nivelada e os espaçadores foram colocados a cada quatro unidades por
metro quadrado (4 unid/m2). Depois, feita a outra etapa constituída da montagem da
ferragem superior por cima da inferior e transposta em cruz com o mesmo
espaçamento e formando grelhas de quadrados com seguimentos de 25cm x 25cm,
formando quadrados de 625cm2.
As armaduras foram realizadas em cima da plataforma a fim de agilizar e
facilitar a montagem e construção da mesma.
Em um país como o Brasil, com tanta carência habitacional e necessidades
de moradias mais baratas. Uma outra razão foi a técnica, na medida que se buscou
realizar este experimento nas condições mais desfavoráveis possíveis, evitando
interferências significativas nas análises de comportamento entre o radier e o solo
de fundação.
Em relação ao cobrimento adotado para as armaduras, atendendo ao
mínimo recomendado pela NBR 6118 (2003) ou 2cm, explicita-se que a armadura
seria desnecessária segundo o dimensionamento estrutural realizado. No qual
destinou-se a utilização da mesma para garantir uma boa flexibilidade de
carregamentos nas análises de interação solo-radier atendendo também as
49
recomendações desta mesma norma a fim de melhorar a ductilidade das peças
fletidas.
Ao término desta etapa, os radiers foram concretados, desempenados e
tiveram suas curas realizadas com a colocação de água. Certificando-se à qualidade
verificada após esse processo, não sendo verificadas quaisquer fissuras ou mesmo
a exposição indevida das armaduras.
O concreto utilizado foi feito no ato da obra com traços de 3 latas de 20 litros
com Areia para 4 latas de 20 litros com Seixo e 1 saca de cimento Poty de 50kg,
com um pacote de 1 litro de Sika nº 1 (aditivo acelerador de pega e endurecedor
para argamassas e concretos e também age como aditivo impermeabilizante) e 35
litros de água, verificando-se através de corpos de prova a tensão de compreensão
acessível ao projeto.
2.11.1. LOCAÇÃO DOS VÉRTICES E MARCAÇÃO DOS NÍVEIS DE REFERÊNCIA
As figuras 13 e 14 mostram o detalhamento da marcação do nível de
referência para o nivelamento das plataformas e posicionamento dos vértices do
radier.
Figura 13 – Marcação do nível de referência para o nivelamento das plataformas e
posicionamento dos vértices do radier
50
Figura 14 – Marcação do nível de referência para o nivelamento das plataformas e posicionamento
dos vértices do radier
2.11.2. EXECUÇÃO DAS COLUNAS DE AREIA SOB O RADIER 2
O projeto de pesquisa consiste em buscar alternativas simplificadas e que
proporcionem uma melhor interação solo-estrutura. Como possível solução para o
problema do comportamento do radier sobre solo mole, a fim de verificar a provável
melhoria na capacidade de suporte e compressibilidade da formação ensaiada,
foram executadas colunas verticais de areia, regularmente distribuídas sob o radier
2, pretendendo verificar alterações de comportamento deste radier 2 em relação ao
radier 1, para os mesmos carregamentos.
O estudo da melhoria de solos moles pela incorporação de elementos mais
resistentes tais como colunas de areia ou brita têm sido amplamente proposto por
inúmeros pesquisadores e realizado em diversos empreendimentos ou mesmo em
sítios experimentais (MITCHELL; JARDINE, 2002; SHAHU; MADHAV; HAYASHI,
2000).
51
Tira-se partido da incorporação ao radier de materiais cujas propriedades
resistentes sejam maiores quando comparadas com o material natural e, dessa
forma, procura-se acelerar o processo de recalques por adensamento, além de
diminuí-los em valor absoluto. As colunas de areia neste caso funcionam como
elementos drenantes e também resistentes, de modo que o comportamento do
radier possa adquirir expressiva melhoria em suas propriedades de resistência e
compressibilidade.
Diante disto, o método consistiu basicamente em: antes do nivelamento do
terreno de implantação, escavar com uma draga e um ferro de cova elementos
cilíndricos e preenchê-los com areia com 3 camadas sucessivas, compactadas
manualmente e individualmente com um caibro de madeira e sem adição de água.
Ver figuras abaixo (Fig. – 15) que mostram o processo executivo, no qual resume as
especificações relativas às colunas de areia e a curva granulométrica da areia e o
projeto de implantação, conforme o quadro 5 da figura 16.
52
Figura 15 - EXECUÇÃO DAS COLUNAS DE AREIA
53
QUADRO 5 – DADOS GERAIS DAS COLUNAS DE AREIA
Seção (m)
Comprimento (m)
Quantidade (unidades)
Especificações
Espaçamento (m)
Área relativa (%)
Nº de camadas
Compactação Nº de golpes/camada
Ferramenta
Seção (m x m)
Comprimento (m)
Análise granulométrica (NBR
Classificação
7181/84)
Nominal (m3)
Volumes
Geometria
0,2
1,0
25
0,9
5,0
3
45
Caibro de madeira
(0,1 x 0,1)
2,0
Areia média a
grossa
0,0314
FONTE: O autor
Figura 16 – Curva Granulométrica (ABNT)
54
Figura 17 – Projeto Das Colunas De Areia
2.11.3.
ESCAVAÇÃO
E
EXECUÇÃO
DOS
GABARITOS
DE
MADEIRA
NIVELADOS
Retirada dos bloquetes hexagonais e pequena escavação para nivelar o
terreno superficial e garantir a uniformidade da espessura dos radiers. Sendo feita
como mostram as figuras abaixo.
55
Figura 18 – Retirada dos bloquetes hexagonais e pequena escavação para nivelar o terreno
superficial
As formas foram perfeitamente niveladas e foram executadas com tábua
branca de madeira cuúba, e ripões de madeira mandioqueira agindo como
pontaletes.
Com
espessura,
largura
e
comprimento
2cm,
5cm,
50cm
respectivamente, posicionados a cada 1 metro. Após a colocação e travamento das
formas, foi espalhada, nivelada e compactada uma camada de areia de 2cm com a
finalidade de servir de base para a execução das ferragens e também garantir a
espessura projetada do radier que foi de 8cm.
56
Figura 19 – Montagem da forma dos radiers
2.11.4. EXECUÇÃO DAS FERRAGENS E COLOCAÇÃO DOS ESPAÇAMENTOS
E AMARRAÇÃO DOS MESMOS
As barras de aço CA-60 com 6mm de diâmetro foram adquiridas e cortadas
no tamanho especificado em projeto. Dessa forma, o procedimento se deu pela
amarração das malhas quadradas, nos espaçamentos de 25cm na malha inferior e
25cm na superior. A fim de garantir os cobrimentos de projeto, foram utilizados
espaçadores de concreto com um consumo de aproximadamente quatro unidades
por metro quadrado (4und/m2). A Figura 20 mostra as ferragens executadas e a
colocação dos espaçadores.
Figura 20 – Montagem das armações dos radiers
57
Figura 21 - Amarração das ferragens dos radiers
2.11.5. CONCRETAGEM DOS RADIERS
Primeiramente foram molhadas as formas e as plataformas e o concreto
sendo batido manualmente conforme o traço mostrado anteriormente. A partir de
então procedeu-se à concretagem dos radiers, realizada com o auxílio de um
carrinho de mão (Figura 22).
58
Figura 22 – Concretagem e nivelamento dos radiers
59
Corpos de prova de concreto, moldados em 12/03/2013, apresentam
resistência aos 7 dias, 14 dias e 28 dias de 15Mpa, 17Mpa e 20Mpa,
respectivamente. As figuras abaixo mostram a moldagem e os dois radiers
construídos.
Figura 23 – Corpos de prova
2.11.6.
PLACAS
DE
MONITORAMENTO:
PROJETO,
CONSTRUÇÃO
E
LOCAÇÃO
Uma parte essencial da pesquisa foram as placas de monitoramento
utilizadas na medição dos recalques, que foram cuidadosamente planejadas,
projetadas e fixadas aos radiers. Foram utilizadas 9 (nove) placas por radier
perfazendo, portando, um total de 18 (dezoito) unidades.
As placas utilizadas foram lajotas de revestimento da marca Eliane de
dimensões 7,5cm x 7,5cm fixadas com argamassa AC-3 superflexível da marca
Quartizolite, com cuidado para possíveis avarias e desníveis. Foram fixadas com o
auxílio de um nível de mão seguido de nível com mangueira de água regularmente
medido com uma régua milimétrica em inox na vertical. Através de uma placa,
nivelamos as demais e logo após colocamos outra como base fora dos radiers em
um lugar onde não haveria nenhum recalque, longe dos radiers e em seguida
calculamos o desnível entre as 18 placas, perfeitamente niveladas nos radiers e
essa última que ficaria de base para eventuais recalques.
60
Figura 24 – POSICIONAMENTO DAS PLACAS
61
2.11.7. MÉTODO DE COLOCAÇÃO DAS PLACAS DE MONITORAMENTO
As nove placas de monitoramento previstas para cada radier foram locadas
e instaladas da seguinte forma: Uma no centro geométrico, quatro nos vértices e
quatro nos centros das laterais. A distância entre os eixos das placas externas e a
borda do radier são de 10cm.
Com a utilização de uma colher de pedreiro da marca Tramontina, procedeuse a compactação da argamassa AC-3 quartizolite no radier para posterior
acoplagem da placa de revestimento de 7,5cm x 7,5cm Eliane ao nível adequado e
limpeza eficiente do local onde seria acoplado o revestimento para o nivelamento
eficaz das mesmas.
Figura 25 – Locação das placas de monitoramento
2.11.9. Monitoramento e Medição de Recalques sem Carregamento
Validando os procedimentos experimentais e admitidos como função de
relações causais entre cargas e deformações, a medição dos recalques deu-se a
partir de rigoroso processo de monitoramento, sendo realizado integralmente todos
os dias não consecutivos às 10:00hs pelo método de medições manuais com níveis
com mangueira d’água e régua milimétrica como parte essencial do trabalho,
mostrando o controle de recalque, suas características e especificações.
62
2.11.10. MÉTODO DE CONTROLE DE RECALQUES
Dando confiabilidade ao sistema de leitura de recalques, precisões e o bom
desenvolvimento do controle, algumas condições foram fixadas como: Natureza do
material; concreto e cerâmica, e sempre no mesmo horário, buscando minimizar os
efeitos da variação de temperatura no sistema de leitura. Buscando-se realizar duas
leituras para cada placa fixada no concreto do radier, para prever a presença de
materiais estranhos na superfície das placas.
Após as medições acima descritas foram providenciadas as fixações das
placas e as devidas medições para as demais partindo da placa individual colocada
em local separada dos radiers para medições em relação as placas fixadas no radier
1 com e sem carregamentos e no radier 2 com e sem carregamentos, usando-se
uma régua milimétrica de inox na vertical e um nível de mangueira de ¾” de
diâmetro para facilitar o peso por gravidade da água e maior visibilidade precisa da
coluna de água, e garantir as precisões dos resultados. A colocação das placas deuse através do assentamento com argamassa AC-3 quartizolite, com o auxílio de
cunhas de alumínio para o igual nivelamento das mesmas.
Figura 26 – Nivelamento e localização das Placas de Monitoramento de recalque e Instrumentos de
Medição.
63
2.11.11. TABELAS DE RECALQUES
TABELA 1 – PRIMEIRA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 1º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
1
03/05/2013
10:00 Hs
12:00Hs
Recalque
PLACA
(X)
P 01
0,0000
P 02
0,0000
P 03
0,0000
(Y)
0,0000
0,0000
0,0000
(Z)
0,0000
0,0000
0,0000
(mm)
0,0000
0,0000
0,0000
P 04
P 05
P 06
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
3,0000
1,0000
1,0000
2,0000
P 07
P 08
P 09
0,0000
1,0000
2,0000
0,0000
1,0000
3,0000
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
1,0000
2,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
X é a Média das duas medições
TABELA 2 – SEGUNDA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 1º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
1
05/05/2013
10:00 Hs
12:00Hs
Recalque
PLACA
P 01
P 02
P 03
P 04
(X)
1,0000
2,0000
0,0000
0,0000
(Y)
1,0000
3,0000
0,0000
0,0000
(Z)
1,0000
1,0000
0,0000
0,0000
(mm)
1,0000
2,0000
0,0000
0,0000
P 05
P 06
P 07
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
3,0000
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
P 08
P 09
3,0000
2,0000
3,0000
2,0000
3,0000
2,0000
3,0000
2,0000
64
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
X é a Média das duas medições
TABELA 3 – TERCEIRA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 1º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
1
07/05/2013
10:00 Hs
12:00Hs
Recalque
PLACA
(X)
P 01
2,0000
P 02
2,0000
(Y)
1,0000
3,0000
(Z)
3,0000
1,0000
(mm)
2,0000
2,0000
P 03
P 04
P 05
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
P 06
P 07
P 08
P 09
3,0000
2,0000
2,0000
3,0000
3,0000
2,0000
2,0000
4,0000
3,0000
2,0000
2,0000
2,0000
3,0000
2,0000
2,0000
3,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
X é a Média das duas medições
TABELA 4 – QUARTA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 1º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
1
09/05/2013
10:00 Hs
12:00Hs
Recalque
PLACA
(X)
P 01
0,0000
P 02
2,0000
P 03
1,0000
(Y)
0,0000
1,0000
1,0000
(Z)
0,0000
3,0000
1,0000
(mm)
0,0000
2,0000
1,0000
P 04
P 05
P 06
2,0000
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
3,0000
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
P 07
P 08
P 09
2,0000
3,0000
3,0000
2,0000
3,0000
4,0000
2,0000
3,0000
2,0000
2,0000
3,0000
3,0000
65
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
X é a Média das duas medições
TABELA 5 – QUINTA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 1º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
1
11/05/2013
10:00 Hs
12:00Hs
Recalque
PLACA
(X)
P 01
2,0000
P 02
3,0000
(Y)
1,0000
3,0000
(Z)
3,0000
3,0000
(mm)
2,0000
3,0000
P 03
P 04
P 05
2,0000
3,0000
1,0000
1,0000
4,0000
1,0000
3,0000
2,0000
1,0000
2,0000
3,0000
1,0000
P 06
P 07
P 08
P 09
2,0000
1,0000
2,0000
3,0000
2,0000
1,0000
1,0000
3,0000
2,0000
1,0000
3,0000
3,0000
2,0000
1,0000
2,0000
3,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
X é a Média das duas medições
TABELA 6 – SEXTA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 1º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
1
13/05/2013
10:00 Hs
12:00Hs
Recalque
PLACA
P 01
P 02
P 03
P 04
P 05
P 06
(X)
1,0000
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
(Y)
1,0000
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
(Z)
1,0000
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
(mm)
1,0000
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
P 07
P 08
P 09
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
2,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
66
X é a Média das duas medições
TABELA 7 – SÉTIMA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 1º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
1
15/05/2013
10:00 Hs
12:00Hs
Recalque
PLACA
P 01
P 02
P 03
P 04
(X)
0,0000
1,0000
1,0000
1,0000
(Y)
0,0000
1,0000
1,0000
1,0000
(Z)
0,0000
1,0000
1,0000
1,0000
(mm)
0,0000
1,0000
1,0000
1,0000
P 05
P 06
P 07
1,0000
1,0000
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
P 08
P 09
0,0000
1,0000
0,0000
1,0000
0,0000
1,0000
0,0000
1,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
X é a Média das duas medições
TABELA 8 – PRIMEIRA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 2º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
2
17/05/2013
10:00 Hs
12:0 0Hs
Recalque
PLACA
P 01
P 02
P 03
P 04
P 05
(X)
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
(Y)
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
(Z)
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
(mm)
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
P 06
P 07
P 08
1,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
P 09
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
67
X é a Média das duas medições
TABELA 9 – SEGUNDA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 2º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
2
19/05/2013
10:00 Hs
12:0 0Hs
Recalque
PLACA
P 01
P 02
P 03
P 04
P 05
(X)
0,0000
0,0000
0,0000
1,0000
1,0000
(Y)
0,0000
0,0000
0,0000
1,0000
1,0000
(Z)
0,0000
0,0000
0,0000
1,0000
1,0000
(mm)
0,0000
0,0000
0,0000
1,0000
1,0000
P 06
P 07
P 08
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
1,0000
P 09
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
X é a Média das duas medições
TABELA 10 – TERCEIRA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 2º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
2
21/05/2013
10:00 Hs
12:0 0Hs
Recalque
PLACA
(X)
P 01
1,0000
P 02
0,0000
(Y)
1,0000
0,0000
(Z)
1,0000
0,0000
(mm)
1,0000
0,0000
P 03
P 04
P 05
0,0000
2,0000
1,0000
0,0000
3,0000
1,0000
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
2,0000
1,0000
P 06
P 07
P 08
P 09
0,0000
2,0000
0,0000
1,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
0,0000
3,0000
0,0000
2,0000
0,0000
2,0000
0,0000
1,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
X é a Média das duas medições
68
TABELA 11 – QUARTA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 2º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
2
23/05/2013
10:00 Hs
12:0 0Hs
Recalque
PLACA
P 01
P 02
P 03
P 04
(X)
1,0000
2,0000
0,0000
1,0000
(Y)
1,0000
1,0000
0,0000
1,0000
(Z)
1,0000
3,0000
0,0000
1,0000
(mm)
1,0000
2,0000
0,0000
1,0000
P 05
P 06
P 07
1,0000
1,0000
2,0000
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
3,0000
1,0000
1,0000
2,0000
P 08
P 09
1,0000
0,0000
1,0000
0,0000
1,0000
0,0000
1,0000
0,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
X é a Média das duas medições
TABELA 12 – QUINTA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 2º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
2
25/05/2013
10:00 Hs
12:0 0Hs
Recalque
PLACA
P 01
P 02
P 03
P 04
(X)
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
(Y)
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
(Z)
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
(mm)
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
P 05
P 06
P 07
P 08
P 09
0,0000
2,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
3,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
2,0000
0,0000
0,0000
1,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
69
X é a Média das duas medições
TABELA 13 – SEXTA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 2º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
2
27/05/2013
10:00 Hs
12:0 0Hs
Recalque
PLACA
P 01
P 02
P 03
P 04
P 05
(X)
1,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
(Y)
1,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
(Z)
1,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
(mm)
1,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
P 06
P 07
P 08
1,0000
1,0000
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
P 09
1,0000
1,0000
1,0000
1,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
X é a Média das duas medições
TABELA 14 – SÉTIMA LEITURA DE REFERÊNCIA PARA O 2º RADIER
RADIER
DATA
INÍCIO
TÉRMINO
*-*
2
29/05/2013
10:00 Hs
12:0 0Hs
Recalque
PLACA
P 01
P 02
P 03
P 04
(X)
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
(Y)
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
(Z)
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
(mm)
0,0000
1,0000
1,0000
0,0000
P 05
P 06
P 07
P 08
P 09
1,0000
0,0000
0,0000
0,0000
1,0000
2,0000
0,0000
0,0000
0,0000
2,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
0,0000
1,0000
0,0000
0,0000
0,0000
1,0000
FONTE: O AUTOR.
NOTAS: Y, Z, primeira e segunda medição
X é a Média das duas medições
70
2.11.12. ASPECTOS GERAIS DO CARREGAMENTO
A fim de simular o carregamento equivalente ao de uma habitação de
pequeno porte aplicado ao Radier, dentro das condições mais próximas possíveis da
realidade, fez-se inicialmente a distribuição da carga uniforme sobre a estrutura de
fundação do Radier 1 onde não houve o tratamento do solo com as estacas de
areia. O carregamento aconteceu entre 8:00h e 12:00h do dia 03/05/2013, onde já
havia acontecido a cura do concreto dos radiers de 28 dias e no dia posterior feito o
acoplamento das placas de monitoramento nos 2 (dois) radiers com o auxílio do
nível de mão, régua milimetrada e mangueira transparente de nível de diâmetro de
¾’’ ou 20mm, onde houve a perfeita estabilização da água nivelando assim através
de uma placa as demais placas e em seguida uma outra acoplada em local fora do
possível recalque dos radiers.
Foram colocadas as cargas nos radiers da seguinte forma: Blocos
hexagonais da massa 13kg, feita a pesagem dos mesmos com uma média
aritmética em 20 blocos, chegando ao resultado de 13kg por bloco e em seguida
colocados 16 blocos de um vértice a outro do radier até preencher por completo os
16m2 do radier, perfazendo um total de 256 blocos por camada, fazendo um total de
5 (cinco) camadas, um número total de 1.280 blocos de 13kg cada, gerando uma
carga distribuída de 1280 x 13 = 16.640kg / radier, com uma aproximação de
1040kg/m2.
Tendo como a função principal, produzir recalques e investigar a forma de
deformação dos radiers nestas condições no sentido de validar ou não métodos de
análises teóricas, em simulações computacionais referidas nos itens da figura 27 e
mostrando a maneira de deformação do radier.
Com relação à ordem e considerando a proximidade dos radiers, decidiu-se
pela aplicação do primeiro carregamento no radier 1, com leituras realizadas
concomitantemente no radier 2. Visando preservar o solo natural sob o radier 1 e
também verificar possíveis interferências entre os radiers.
71
1.040 kg/m2
ou
10,40 kN/m2
Figura 27 – Carregamento uniforme nos radiers
2.11.13. TIPOS DE CARREGAMENTO
Não havendo a total possibilidade de atender a todas as recomendações da
NBR 6489 (1984), a forma do carregamento adotado buscou representar as cargas
reais de uma habitação de pequeno porte, produzindo situações limites como, por
exemplo, pela aplicação de carregamentos uniformes de maior intensidade do que
as previstas. Atendendo nesta situação abordar análises interativas solo-estrutura,
além de atingir recalques por adensamento primário. A tabela 15 mostra o tipo de
carregamento adotado.
TABELA 15 – TIPOS DE CARREGAMENTO
Forma
Posição
Distribuída
Geral
Período/Carga
Tempo
72
Carga
kg/m2
kN/m2
(dias)
Carregamento
1.040
10,40
14
NOTA: Período de carregamento no radiers
2.11.14. FASES DO CARREGAMENTO
O método adotado para analisar o comportamento real interativo entre soloestrutura, foi a manutenção das cargas no tempo. Então, dentro do experimento,
decidiu-se pela estabilização dos recalques para trocarmos o carregamento para o
outro radier. A tabela 16 mostra as datas em que os carregamentos estavam sendo
aplicados.
TABELA 16 – PERÍODOS DE CARREGAMENTO
Radier
1
2
Carregamento
03/05/2013 a 15/05/2013
17/05/2013 a 29/05/2013
2.11.15. Carregamento no Radier 1 e no Radier 2
A tabela 17 mostra as principais características do carregamento aplicado,
mostrado na figura abaixo os carregamentos nos radiers 1 e 2 e o resultado das
leituras.
TABELA 17 – Resumo da Carga nos Radiers
Carga
Tipo
Bloco
Hexagonal
Newton
Número
de Blocos
por Radier
(unidade)
127,57
1.280
Peso/Unidade
Massa
Total/Radier
Área
(kg)
(m2)
(kg/m2)
(kN/m2)
16.640
16
1.040
10,40
NOTA: Carga média por radier = { 1.040 kg/m2 ou 10,40 kN/m2 }
Carga
73
Figura 28 – Execução do carregamento nos radiers
3. ANÁLISE DOS RESULTADOS
3.1. INTRODUÇÃO E ASPECTOS GERAIS
Analisando os resultados referentes à pesquisa e identificando algumas das
inúmeras possibilidades de inferência embutidas em experimentos desta natureza,
mostrou-nos com o acompanhamento de instrumentos de níveis de água e réguas
milimétricas, associados ao perfil geotécnico disponível, o desempenho estrutural e
a forma real de deformação do radier em fases de carregamento, estudando os
aspectos da rigidez relativa ao solo-fundação, analisando e fazendo previsões sobre
fissuras no maciço ou mesmo prever estados limites de utilização, analisando
74
aspectos conceituais sobre modelos de comportamento linear ou não do solo
carregado, estimar parâmetros de resistência e compressibilidade solo, entre outros
que poderiam ser discutidos, analisados e avaliados com maior intensidade.
Tendo cumprido os objetivos do trabalho em questão, considerando todas as
limitações, serão apresentados e avaliados tanto os resultados dos recalques
previstos pela simulação computacional quanto os medidos no experimento real.
Observando-se que foram utilizados parâmetros geotécnicos médios extraídos dos
ensaios de campo e laboratório, na observância do que foi possível realizar com a
disponibilidade tempo, mão de obra e serviços realizados em laboratório e no
canteiro do sítio do experimento.
3.2. ANÁLISE E RESULTADOS DO EXPERIMENTO REAL
Analisando os experimentos e verificando os resultados obtidos nos
carregamentos, verificou-se que os recalques nos radiers 1 e 2 com o carregamento,
ficaram dentro de valores aceitáveis, atingindo um máximo de 9,78mm, no radier
sem o tratamento do solo; e de 4mm, no radier com o tratamento do solo; a
deformação mostrou-se de acordo com os métodos teóricos de previsão para placas
apoiadas em areia e coincidente com a deformação prevista na simulação
computacional (Figura 29)
A aplicação da carga no radier 1 (sem as estacas de areia), deu-se
uniformemente distribuída sobre toda a área do radier, havendo uma clara tendência
à uniformização dos recalques. Observou-se que pela proximidade entre os radiers e
com o experimento foi desenvolvido, carregando-se por primeiro o radier 1 e depois
o radier 2 (feito sobre estacas de areia) e fazendo medidas de recalques simultânea
nos dois radiers, procurava-se observar alguma influência entre eles. O que de fato
ocorreu, dando-se a partir da aplicação do carregamento no radier 1, tendo o radier
2 sofrido levantamento concomitantes com os recalques verificados no radier1.
75
No radier 2, observou-se que tanto o valor médio do recalque, quanto o
tempo de estabilização para o carregamento, foram significativamente menores do
que os observados no radier 1 (Tabelas 4.2 e 4.4). Sobretudo pelo índice de área
relativo às colunas de areia ser de apenas 5%. Mesmo considerando a baixa
intensidade do carregamento aplicado, o que evidenciou de certa forma como
elementos de reforço do solo sob o radier, uma contribuição com as colunas de
areia. No qual os resultados obtidos em campo, foram bem próximos aos
computacionais.
3.2.1. RECALQUES MEDIDOS DURANTE O EXPERIMENTO
Estão apresentados os recalques medidos durante toda a fase experimental
e os recalques finais nos radiers 1 e 2, conforme figura 29.
Figura 29 – Nivelamento das placas de monitoramento dos recalques
76
3.2.1.1. CARREGAMENTO NO RADIER 1
TABELA 18 – Recalques Ocorridos no Radier 1
RADIER
RECALQUES (cm)
Acumulativo
1
Carregamento
Σrecalque
PLACA 03/Maio 05/Maio 07/Maio 09/Maio 11/Maio 13/Maio 15/Maio (mm)
01
0,0
1,0
2,0
0,0
2,0
1,0
0,0
6,0
02
0,0
2,0
2,0
2,0
3,0
1,0
1,0
11,0
03
0,0
0,0
1,0
1,0
2,0
1,0
1,0
6,0
04
1,0
0,0
2,0
2,0
3,0
2,0
1,0
11,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
7,0
05
1,0
06
2,0
2,0
3,0
1,0
2,0
1,0
1,0
12,0
07
0,0
1,0
2,0
2,0
1,0
1,0
0,0
7,0
08
1,0
3,0
2,0
3,0
2,0
1,0
0,0
12,0
09
2,0
2,0
3,0
3,0
3,0
2,0
1,0
16,0
NOTA:
Recalque final no carregamento do Radier 1.
Recalque médio = 9,78 mm e KVF = 10,40 KN/m2
TABELA 19 – Recalques no Radier 1.
CARGA
(Kg/m2)
PLACAS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Média
Desvio Padrão
KVF (KN/m2)
CARREGAMENTO
1.040
mm
6,0
11,0
6,0
11,0
7,0
12,0
7,0
12,0
16,0
9,78
3,26
10,40
Figura 12A– Localização das placas (nós)
77
3.2.1.2. CARREGAMENTO NO RADIER 2.
As tabelas abaixo resumem as leituras registradas nas opções de
carregamento do radier 2.
TABELA 20 – Recalques Ocorridos no Radier 2
RADIER
RECALQUES (cm)
Acumulativo
2
Carregamento
Σrecalque
PLACA 17/Maio
19/Maio
21/Maio
23/Maio 25/Maio
27/Maio
29/Maio
(mm)
01
0,0
0,0
1,0
1,0
0,0
1,0
0,0
3,0
02
0,0
0,0
0,0
2,0
1,0
0,0
1,0
4,0
03
1,0
0,0
0,0
0,0
1,0
0,0
1,0
3,0
04
0,0
1,0
2,0
1,0
0,0
1,0
0,0
5,0
05
0,0
1,0
1,0
1,0
0,0
0,0
1,0
4,0
06
1,0
0,0
0,0
1,0
2,0
1,0
0,0
5,0
07
0,0
0,0
2,0
2,0
0,0
1,0
0,0
5,0
08
0,0
1,0
0,0
1,0
0,0
0,0
0,0
2,0
09
1,0
0,0
1,0
0,0
1,0
1,0
1,0
5,0
NOTA: Recalque final no carregamento do Radier 2.
Recalque médio = 4,0 mm e KVF = 10,40 KN/m2
TABELA 21 – Recalques no Radier 2.
CARGA
(Kg/m2)
PLACAS
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Média
Desvio Padrão
KVF (KN/m2)
CARREGAMENTO
1.040
mm
3,0
4,0
3,0
5,0
4,0
5,0
5,0
2,0
5,0
4,0
1,05
10,40
Figura 12B – Localização das placas (nós)
78
3.3. SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
As simulações numéricas e computacionais destinadas á previsão do
comportamento do Radier 01 foram feitas como base para um estudo mais
aprofundado do comportamento no radier com o apoio do programa de análise por
elementos finitos denominado de CAD TQS, em um versão 16 Profissional e sem
limitação. Resumindo, o programa analisa radiers de forma arbitraria e com modelo
real de subsolo, utilizado o método dos elementos finitos para a solução dos
problemas. E pode analisar diferentes tipos de modelos de subsolos, especialmente
modelo continuo tridimensional que considera qualquer número de camada
irregulares, além de possibilitar a escolha da fundação, elástica ou rígida a fim de
compara-las (KANY; GENDY,2002)
Quantos aos métodos analíticos disponíveis na versão ilimitada, estão
relacionados no quadro 3.9, tendo a presente analise sido realizada a parti do
método 2, com modelo de Winkler e módulos de reação ou coeficiente de recalques
calculados a partir das camadas de solo propostas.
Quadro 02 – Métodos de Análise Computacional
TIPO
DESCRIÇÃO
01
Pressão de contato linear, supondo modelo simples
02
Módulo de reação vertical calculados a partir das camadas de solo, modelo
de winkler, analise linear e não linear.
03
Modulo de compressibilidade para radier elástico, com solução do sistema
linear de equação por interação no modelo continuo
04
Modulo de compressibilidade para radier rígido e no modelo continuo
Fonte: Autor
79
3.3.1. RECALQUES CALCULADOS POR SIMULAÇÃO NUMÉRICA
Os recalques que foram calculados para condições proposta com apenas um
tipo de carregamento previsto. Os parâmetros geomecânicos médios foram obtidos
pelo ensaio de campo. Os quadros 03 resumem parâmetros utilizado e adotados
para obtenção dos valores dos recalques obtidos como mostra a tabela 04 e
localização dos nós na figura 30.
Os recalque e distorções máximas obtidos pela simulação do experimento em
escala real e seu tipo de carregamento são apresentado nas figuras 31 e 32,
mostram as malhas de elementos finitos adotadas, e os recalques obtidos nos nós e
a deformação do radier 01 na carga adotada.
Quadro 03 – Métodos de cargas utilizadas
Parâmetros
fck
NA
(Mpa)
(m)
--
(m)
Solo
--
-0,80
0,40
--
Radier
20
--
0,25
0,08
Unidades
Método
Fonte: programa TQS
d
Elementos finitos
80
Quadro 04 – Quadro de Recalques radier 01
PLACA - NÓ
RECALQUE (mm)
RECALQUE (mm)
VALORES
VALORES
COMPUTACIONAIS
REAIS
Nº
10,40 kN/m²
P1-N1
3,9
6,0
P2-N79
8,8
11,0
P3-N157
3,9
6,0
P4-N163
8,5
11,0
P5-N169
14,5
7,0
P6-N91
8,5
12,0
P7-N13
3,9
7,0
P8-N7
8,5
12,0
P9-N85
3,9
16,0
Figura 30 – Localização das placas (nós)
81
Figura 31 – MALHA DE ELEMENTOS INFINITOS E RECALQUE TOTAL DO RADIER (cm)
Figura 32 – ISODEFORMADA E DERFORMADA LENTA
82
3.3.2 ANÁLISE E RESULTADOS DA SIMULAÇÃO NUMÉRICA
Segundo Velloso e Lopes (2004) o método de elementos finitos, utilizado por
meio de programas computacionais. Para a análise do radier, e feito um modelo
bastante simples que consiste no uso de elementos de placas com apoios elásticos
para representar o solo.
Comparado à diferença finitas, um modelo de elementos finitos apresenta
maiores possibilidades de acompanhas uma geometria mais complicadas de placas
e uma variação do solo num plano horizontal. Caso elementos de placas ao estejam
disponíveis, um modelo de faixa dos radiers são substituídas por elementos
unidimensionais (tipo vigas) conduz a um modelo de grelha.
Os resultados do MEF são influenciados pelo refinamento da malha e pelo
tipo de elementos finitos implantados no programa. Assim, o engenheiro deve
procurar ganhar experiência com o programa, inicialmente analisado casos que tem
soluções por outros métodos.
Uma das preocupações básicas da pesquisa, claramente expressa numa de
suas hipóteses, relaciona-se o resultado real com o computacional. A simulação
apresentou valor quase que idênticos com os valores obtidos através das medições
mecanicamente realizadas como apresentado na figura 30.
Figura 31 – Gráfico de recalques
83
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Todo empenho dedicado ao decorrer deste trabalho, projetou-se como uma
viabilização do radier como elemento de fundação direta em habitações de interesse
social, construída em solos moles, contribuindo para uma solução amplamente
conhecida no Brasil. Com a carência habitacional existente em especial na
população de baixa renda; pelo baixo custo na execução das estacas de areia,
objetivando uma diminuição dos recalques e uma melhor drenagem do solo, já que
as mesmas também agem com drena-te.
Os recalques obtidos em nossos radiers carregados foram muito pequenos e
apresentaram excelente desempenho estrutural, tornando-o perfeitamente aceitável
para a integridade de uma unidade habitacional sob o aspecto da interação soloestrutura. Outro aspecto foi a não uniformidade dos recalques obtidos no radier 1 e
uma maior uniformidade do carregamento idêntico obtido no radier 2; onde
aconteceu o melhoramento do solo com as estacas de areia, vindo a ter
comportamento mais rígido do que o flexível acontecido no radier 1, que nos ressalta
mais ainda a importância da interação solo estrutura.
Os recalques com as deformadas verificadas em campo, com relação a
comparação do modelo computacional dos Elementos Finitos, evidenciaram-se
muito próximas.
Poderiam dar continuidade a nosso trabalho, realizando estudos mais
aprofundados das camadas do solo do terreno em si: Analisando caso haja
possíveis levantamentos no radier 2 ao introduzir o carregamento no outro radier
sem o tratamento do solo com estacas de areia, e possíveis recalques previstos pela
teoria do adensamento, valores mais próximos do módulo de elasticidade do solo
em questão. Recomendando-se a realização de mais ensaios e mais sofisticados,
sob condições geotécnicas mais desfavoráveis na prática de radiers em solos moles,
como parâmetro de comparação do solo, para identificar melhor as propriedades
físicas e mecânicas do subsolo, garantindo assim um mais elaborado conjunto de
dados reais com relação a o solo-estrutura.
84
5. REFERÊNCIAS
BRANDI, J. L.; NASCIMENTO, N. A. Comportamento de radier sobre solo mole –
modelagem computacional. IV Simpósio de Prática de Engenharia Geotécnica da
Região Sul, GEOSUL, 20 a 22 de maio, Curitiba, PR, 2004.
BRITO, J. L. W .de. Fundações do Edifício. São Paulo, EPUSP, 1987.
CERNICA, J. N. Geotechincal Engineering:Foundation Design. New York: J. Wiley,
p. 263. 1995.
GUSMÃO, A. D. Aspectos relevantes da interação solo-estrutura em
edificações. Solos e Rochas, Rio de Janeiro, v. 17, n. 1, p. 47-55, abr. 1994.
MINEIRO, A. J. C. Mecânica dos Solos e Fundações. UNL/FCT, Introdução, v. 1,
p. 3-7, Lisboa, 1981.
MINETTE, E. et al. Estacas granulares em solos moles: uma verificação in situ.
Solos e Rochas, São Paulo, v. 17, n. 1, p. 57-63, 1994.
MITCHELL, J. K. Fundamentals of soils behaviour. New York: Willey and Sons,
Inc., 1976.
MITCHELL, J. K. Soil Improvement. In: State of the Art Report. In: Proc. 10th
ICSMFE, Stockholm, Sweden, v. 4, p. 509-565, 1981.
MITCHELL, J. M.; JARDINE, F. N. A guide to ground treatment. Construction
Industry Research and Information Association, CIRIA publication C573, London,
2002.
VELLOSO, D. A.; LOPES, F. R. Fundações. 3. ed., v. 1, Rio de Janeiro:
COPPE/UFRJ, 2004
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.NBR6122: projeto e
execução de fundações. Rio de Janeiro, 1996
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS.NBR6118: projeto e
execução de concreto armado. Rio de Janeiro, 2003.
85
ANEXO A – RELATÓRIOS DE ENSAIO