INSTRUMENTAÇÕES EM
FUNDAÇÕES PROFUNDAS
Eng. Civil, Mestre em Geotecnia Danilo Pitz
Solugeot – Soluções Geotécnicas
ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO
1.
INTRODUÇÃO
2.
FUNDAMENTOS E MODELOS
3.
PROTOTIPOS
4.
APLICAÇÕES DOS DLT
1- INTRODUÇÃO
1.1. PRELIMINARES
• NECESSIDADE NO BRASIL E NOSSA REGIÃO DE TECNICOS E FERRAMENTAS PARA
EXECUÇÃO DE CONTROLE DE QUALIDADE NAS FUNDAÇÕES.
•ENSAIOS DINÂMICOS, ESTÁTICOS E MODELOS REDUZIDOS.
• MERCADO:EM NOSSA REGIÃO DE ITAPEMA, BALNEÁRIO CAMBORIU, BRUSQUE
EXISTEM MAIS DE 100 EQUIPAMENTOS DE HÉLICES CONTINUA, E MERCADO
IMOBILIÁRIO EM EXPANSÃO.
•ATRAVÉS DE UM MESTRADO INICIADO EM 2009 NA UFPR, FOI DESENVOLVIDO E
APRIMORADO TÉCNICAS DE CONTROLE DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS A SEGUIR
DEMONSTRADAS.
1- INTRODUÇÃO
1.2. TIPOS DE INSTRUMENTAÇÃO ABORDADAS
• TIPOS DE INSTRUMENTAÇÃO ABORDADOS NESTA APRESENTAÇÃO.
•MODELOS REDUZIDOS
•ECE –ENSAIOS DE CARREGAMENTO ESTÁTICO
•ECD –ENSAIOS DE CARREGAMENTO DINÂMICO
2- FUNDAMENTOS
2.1. MODELOS FÍSICOS REDUZIDOS
•Modelos reduzidos poderiam ser mais utilizados em geotecnia. Algumas vantagens:
garantia de repetibilidade
 possibilidade de isolar variáveis.
 constância entre modelo e protótipo (exemplos): densidade, ângulo de atrito e porosidade.
Tabela 2.1 - Fatores de escala. (Adaptado de DELL AVANZI, 2006)
Grandeza
Fator de escala/Protótipo/modelo
Aceleração
1
Densidade
1
Ângulo de atrito
1
Porosidade
1
Comprimento
N
Tensão
N
Módulo de elasticidade
N
Intercepto coesivo
N
Área
N2
Volume
N3
Força
N3
Massa
N3
3- COMPONENTE EXPERIMENTAL
2.1. COMPOSIÇÃO DOS MODELOS REDUZIDOS.
2.1.1 Caixa forte e distibuição das estacas do modelo
•Verificado o espraiamento (adotado 6 vezes a
distancia entre eixos).
•3x já era suficiente.
x
Fig 3.2 Ruptura teórica
Fig 3.3 locação das estacas
modelo (etapa I) – foto
Fig 3.4 locação das estacas modelo (etapa I)
2- FUNDAMENTOS
2.1. COMPOSIÇÃO DOS MODELOS REDUZIDOS.
2.1.2 Sistema de cravação
•roldana
•Fita métrica
•Cabo de aço 3mm
•Viga I12”
•hastes guias
de 12,5 mm
•Martelo de 2kg
•capacete, cepo de
madeira,
Figura 3.6 - Perspectiva do modelo executado.
Figura 3.5 - Detalhes executivos do modelo executado
2- FUNDAMENTOS
2.1. COMPOSIÇÃO DOS MODELOS REDUZIDOS.
2.1.3 Sistema reduzido de provas de carga e aferição de dados
• Prensa: adaptada e calibrada seguindo preceitos
da ABNT NBR 12131/2005.
•manômetro ajustado para 4 Mpa (tensão prevista
atuante).
Figura 3.8. Prensa adaptada para 4 Mpa e calibrada
•Mini célula de carga para 5 Kn (aferida)
para o sistema, colocada sobre vigas de reação.
•Sistema Labview (aquisição de dados
da célula de carga)
Figura 3.7. Resultados provenientes do programa LABVIEW
(carga x tempo).
Figura 3.9. Detalhe da Célula de carga e esquema de
ligação, com o programa LABVIEW,
2- FUNDAMENTOS
2.1.4 CARACTERIZAÇÃO DAS AREIAS
Furos cada 5cm e Ø
5mm garantem vazão
de 1,26 g/s de areia.
Figura 3.14.Densidade relativa x altura de queda. (adaptado
de Sachet, 2010) (Adotada hqueda 100cm e assim Dr=93%
Figura 3.15 –Fotos do preenchimento da caixa com areia .
2- FUNDAMENTOS
2.2 CAPACIDADE DE SUPORTE VERTICAL
Tabela 2.2 - Valores de Nq.
Pesquisador
Terzagui
(1943)e
Meyerhof (1963).
Vesic (1975)
Janbu (1976)
Valores de Nq
Referência
Nq = (tan² (45º + Ø/2))* e π *tan Ø
Santos (2008)
Nq = ((3/3-sen Ø)* e(
)) *
((tan² (45º + Ø/2)* Irr
Nq = (tanØ + (1+tan2 Ø)1/2) 2 * (e2*η*
tanØ)
Rp= qc/F1
•Método Aoki-Velloso.
π/2-Ø) *tan Ø
Rl = fs/ F2
Santos (2008)
Das (2007)
F1= 1,75 ::: F1=1+D/0,8 (Aoki, 1985)
F2= 2 F1
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
•Princípio da conservação de energia,
•Teorema trabalho energia;
•Princípio da conservação da quantidade de
movimento;
•Teoria de choque dos corpos rígidos;
•Lei de Hooke.
Figura 2.2. Esquema para determinação do repique e nega e esquema de golpe
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
Figura 2.3. Exemplo de controle por repique
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
Tabela 2.2 - Métodos de avaliação de resistência
Métodos
Valor de R (resistência dinâmica)
Referência
Wellington
Avelino
(1888)
(2006)
Hilley
Bernardes et
(1925)
al
(2007)
Dinamar-
Velloso e
queses
Lopes
(1957)
(2010)
Janbu
Bernardes et
(1951)
al
(2007)
2- FUNDAMENTOS
2.3 .RESULTADOS DOS MODELOS – Estacas de aço – ECE/ECD
Estaca de aço3- Etapa I
0
500
1000
1500
Estaca de aço1-etapa II- 120cm
2000
0
0
10
10
70
80
90
100
20
30
50
70
profundidade em cm
profundidade (cm)
60
1000
1500
2000
carga (N)
20
30
50
500
0
carga (N)
20
40
Resultados inferiores ao
ESTAPETs
30
20
40
30
50
50
60
70
70
80
90
100
Figura 2.3- Exemplos de Resultado médio (ECD) - carga x profundidade – Estaca de aço 3- Etapa I
e Estaca de aço I - etapaII
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
Transdutores parafusados na estaca
Gabarito de
montagem
Acelerômetros ::Leitura de a1 e a2 :: v1,2=∫a1,2*dt :: Vmedia1,2= V
Medidor de deformação:: Leitura de Ɛ1 e Ɛ2:: F1,2= E*A* Ɛ1,2=Fmédia1,2=F
Figura 2.4 - Equipamentos para ensaio DLT.
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
*Métodos diretos: CASE e TNO.
*Com F e V pela mecânica das ondas é obtito :: Z = F/V
:: Z = impedância( impedir a mudança de velocidade).
1) CASE: Rs=Rt- Rd= (1-Jc)*
*t1=instante de pico de intensidade do golpe.
*t2= t1+2L/c =tempo de impacto (2º pico).
*Rd= resistência dinâmica=Jc*Z*V
*Jc=coeficiente de amortização dinâmica
2) TNO:
(basicamente separa as parcelas laterais e de ponta)
Rt=(Rs+Rd)
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
Software TNOWAVE
*Utiliza um golpe escolhido expresso em um sinal.
* Utiliza um modelo de solo assumido.
* Iterativamente o programa ajusta o sinal medido no golpe com o modelo de solo calculado
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
Métodos Estáticos (ECE)- Critérios para avaliação da curva carga recalque
ρ= (R*L/E*A) + D/30 (NBR 6122- 1996)
Rupturas convencionais ou de deslocamento
arbitrado
*Método de Van der Veen (ruptura física)
*Consiste em encontrar o valor de Pult (fixo), por tentativas, traçando um gráfico: -ln(1P/Pult) em função do recalque (ρ).
Figura 2.5. Estimativa de Pultimo por Van der Veen
2- FUNDAMENTOS
Trecho de desenvolvimento do
Atrito lateral
0
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Carga (N)
1
2
Etapa I - ESTAPET 4
4
Etapa I - ESTAPET 2
deslocamento (mm)
3
5
6
7
8
Etapa I - ESTAPET 1
Etapa II - ESTAPET
7
Etapa II - ESTAPET
6
Etapa II - ESTAPET
4
9
10
Figura 2.6- Resultados agrupados dos modelos ECE para as ESTAPETs
Deformação elástica da
estaca
2- FUNDAMENTOS
•Desenvolvimento do
atrito lateral
Carga (N)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
0
deslocamento (mm)
1
2
3
4
5
6
Etapa I - Estaca
Aço 5
Etapa I - Estaca
Aço 3
Etapa II - Estaca
Aço 3 (80cm)
Etapa II - Estaca
Aço 2 (100cm)
Etapa II - Estaca
Aço 1
Etapa II - Estaca
Aço 5
7
8
Figura - Resultados agrupados dos modelos ECE para as estacas de aço
•Deformação
elastica
quase nula
3- PROTÓTIPOS
Preparação dos protótipos ESTAPET (marcação para contagem de golpes e instalação de sensores e estaca de aço
(05/04/2013)- Itapema-SC
•Primeira protótipo em PET ensaiado, que se tem notícia.
• Para a ESTAPET foi adotado K (fator de escala)= Lp/Lm=4,83 = ou seja 145mm de lado
(ESTAPET).
3- PROTÓTIPOS
Figura Croqui esquemático do ensaio de Carga Estático dos Protótipos
3- PROTÓTIPOS
Figura. Ensaio em andamento.
3- PROTÓTIPO
5Mpa
Figura. Sondagem CPT- Obra Itapema.
•A alta e repentina resistência a 1 metro de profundidade acentuou o efeito elástico da
ESTAPET.
• Os gráficos (ECE) no entanto tiveram formatos similares.
PROTOTIPO
•Acentuada deformação plástica do
material
Protótipo ESTAPET
Protótipo ESTAPET- Martelo 710 N
50000
100000
150000
0
profundidade (cm)
0
carga (N)
10
20
50
30
75
40
Carga (N)
200000
100
150
50
60
70
80
Figura Resultado médio (ECD) – Prototipo ESTAPET
- (até prof= 75cm )
50000
100000 150000
0
deslocamento(mm)
0
5
10
15
tensãox
deslocamento
NBR 6122
Davisson
critério ingles
20
25
Figura - Avaliação da Curva Carga X Recalque
por métodos arbitrados. Protótipo ESTAPET
(prof=90cm)
•Elevado aumento de resistencia devido a elevada resistencia
abrupta do solo conforme sondagem CPT
3- PROTÓTIPO
•Devido a pouca penetração inicio
da mobilização de ponta a menos
de 50000N
Protótipo Estaca de aço
Protótipo Estaca de aço- Martelo 710 N
0
100000
200000
300000
400000
0
0
60
100
80
150
100
120
150000
200000
2
50
75
100000
Carga (N)
Deformação (mm)
profundidade (cm)
carga (N)
20
40
50000
0
4
tensãox
deformação
6
NBR 6122
8
Davisson
10
Critério
Ingles
12
Figura- Resultado médio (ECD) – Prototipo Estaca
de aço - (até prof= 95cm )
Figura -Avaliação da Curva Carga X Recalque
por métodos arbitrados. Protótipo estaca de
aço (prof=95cm)
4- RESULTADOS EXPERIMENTAIS
4.4 .PROTÓTIPOS ESTAPET e estaca de aço
4.4.2. Protótipo Estaca de aço
Pile Driving Analysis
Force and Velocity x Impedance
Force
( Blow Number: 480 )
Velocity x Impedance
0,10
0,08
Force[MN]
0,06
0,04
0,02
0,00
-0,02
-0,04
0
5
10
15
20
Time [ms]
25
30
35
PDA-DLT8.1.18
Figura 4.14 Sinal apresentado durante a cravação de Estaca de aço
Aplicações ECD - DLT
PRINCIPAIS RESULTADOS OBTIDOS
• Energia transferida durante o ensaio
– Eficiência do martelo
• Resistencia Mobilizada
– Total, Lateral, Ponta
• Integridade da estaca
– Descontinuidade, Estrangulamentos, etc
Definição do Martelo Adequado
• Martelo que não adequado
ao ensaio.
• Resultados insatisfatórios.
Processo
Entrada de
Dados – Estaca e
Solo
Instalação dos
Sensores na
Estaca
Aplicação de
Golpe de
Martelo
Análise em
campo Obtenção de
Dados:
•Energia transferida
•Resistencia
mobilizada
•Integridade
Avaliação dos
dados obtidos
em escritório,
com analise de
sondagem
•Obtenção de
Resultados mais
precisos
•Resistencia lateral e
ponta
•Etc…
Instalação do Equipamento
• Instalação dos sensores na
estaca.
• Defletometro e
Acelerometro
Qualidade do Ensaio
Problemas de instalação
Desenvolvimento de gabaritos
Aplicações
• Estaca tipo raiz – Itajaí/SC
Aplicações
• Estaca tipo hélice continua
– Brusque/SC
Aplicações
• Obras especiais – Aeroporto
– Curitiba/PR
Análise Campo / Escritório
ANÁLISE CAMPO
•
•
•
•
•
Tensão máxima
Energia transferida
Excentricidade golpe
Resistência estática TNO
Danos Estruturais
ANÁLISE ESCRITÓRIO
•
•
•
Ajuste com modelo de solo;
Método numérico;
Maior aproximação das parcelas de
resistência lateral x ponta.
Avaliações Prévias
Danos
Elevada Res. lateral ou ponta
Avaliação de fuste.
OBRIGADO PELA ATENÇÃO!