Avaliação do Atrito Lateral de Estaca Hélice Contínua
Carla Therezinha Dalvi Borjaille Alledi
Ifes, Vitória, Brasil, [email protected]
Enivaldo Minette
UFV, Viçosa, Brasil, [email protected]
Paulo José Rocha de Albuquerque
Unicamp, Campinas, Brasil, [email protected]
RESUMO: Este trabalho apresenta uma análise do intervalo de atrito obtido com a aplicação do
método de Rigidez proposto por Décourt (1996,2008) com o resultado de atrito lateral determinado
por meio da instrumentação em profundidade. Foi realizada prova de carga do tipo lenta em uma
estaca hélice contínua. A estaca com 40cm de diâmetro e comprimento de 7,7m, foi instrumentada
em profundidade com strain-gages. O subsolo local constitui-se de solo arenoso entremeado de solo
mole, pertencente ao período Quaternário, na região de Vitória-ES. Foi verificado que o intervalo do
domínio do atrito estimado pelo Método de Rigidez proposto por Décourt (1996, 2008) está
próximo do valor aferido experimentalmente com diferença percentual em torno de 8%. Dessa
forma, conclui-se a boa aplicabilidade deste método na análise do domínio da transferência de carga
por atrito lateral para provas de carga convencionais, isto é, provas de carga sem instrumentação em
profundidade.
PALAVRAS-CHAVE: Estaca Hélice Contínua, Atrito Lateral, Método de Rigidez.
1
INTRODUÇÃO
As estacas hélice contínua foram introduzidas
no Brasil no ano de 1987, mas somente a partir
de 1993 tiveram uma ampla divulgação
(CAPUTO et al., 1997). Dessa data em diante,
tem sido crescente o seu emprego quer em obras
de fundações, quer em obras de contenções.
Além do grande avanço tecnológico no
processo executivo, quando comparadas com os
demais tipos de fundações profundas, essas
estacas, por apresentarem, segundo Antunes e
Tarozzo (1998), como características, a rapidez
de execução que implica a redução do
cronograma da obra, a baixa vibração e pouco
ruído (presente nos equipamentos à percussão),
não causando danos nem transtornos nas
vizinhanças, têm sido cada vez mais preferidas
em centros urbanos.
Com o crescimento, ano a ano, do uso de
estacas hélice contínua na Região Metropolitana
da Grande Vitória, torna-se imperativo o
conhecimento do comportamento e desempenho
dessas estacas na região. Ainda são poucos os
dados de campo sobre provas de carga
instrumentadas para que se definam parâmetros
de projeto. Persistem as dúvidas quanto às
parcelas de atrito e ponta nos solos da região
Em geral, a estaca hélice contínua tem sido
utilizada
em
obras
dimensionando-se,
predominantemente, por atrito lateral. Para
verificar se a transferência de carga da estaca
para o solo ocorre por predominância do atrito
lateral ou da ponta, há necessidade de se
instrumentar a estaca ao longo do seu
comprimento. Porém, a instrumentação em
profundidade, em geral, tem sido pouco
utilizada na prática diária de projetos, ficando
restrita a pesquisas. Camapum de Carvalho et
al. (2008) comentam que os argumentos para a
não utilização da instrumentação pode estar no
tempo e no custo para montagem dos ensaios.
Observa-se, por experiência, que o custo da
instrumentação com extensômetros elétricos de
resistência tem diminuído nos últimos anos.
Entretanto, a realidade que se apresenta é o
surgimento, ao longo desses últimos anos, de
alguns métodos para separar a parcela de ponta
e a parcela de atrito a partir da curva cargarecalque de uma estaca obtida numa prova de
carga convencional, isto é, prova de carga sem
que a estaca tenha sido instrumentada em
profundidade. Segundo Melo et al. (2012), a
Engenharia
Geotécnica
tem
buscado,
incessantemente, desenvolver metodologias que
possam separar as cargas de ponta e lateral de
uma prova de carga estática sem que necessite
utilizar o recurso da instrumentação. Dentre as
metodologias cita-se o método de Rigidez
proposto por Décourt (1996,2008).
Este trabalho apresenta uma análise do
intervalo de atrito obtido com a aplicação do
método de Rigidez proposto por Décourt
(1996,2008) com o valor de atrito lateral aferido
experimentalmente com a instrumentação em
profundidade em uma estaca hélice contínua de
40cm de diâmetro e 7,70m de comprimento
executada em solo sedimentar do Período
Quaternário.
2
DESCRIÇÃO
DO
GEOTÉCNICO E DA ESTACA
2.1
alternância de ambientes de águas paradas
(lagunas ou águas profundas) e águas mais ou
menos turbulentas (praias e rios/canais). A
Figura 1 apresenta o perfil geotécnico do local
juntamente com o posicionamento da
instrumentação ao longo do fuste da estaca.
Nessa região, encontra-se o nível d’água (NA) a
uma profundidade em torno de 2m.
PERFIL
Perfil Geotécnico
A investigação do subsolo foi com base em
sondagem de simples reconhecimento tipo SPT
com medida de torque, representando a
sondagem SPT-T, executadas de acordo com
recomendações de Peixoto e Carvalho (2002).
A sondagem foi locada ao redor da estacas
teste, respeitando o raio de dez vezes o diâmetro
conforme prescrição da ABNT NBR
12131:1992.
A área experimental estava situada num
canteiro de obras de um edifício em construção
no bairro Mata da Praia, localizada na orla da
porção continental no município de Vitória-ES.
O perfil geotécnico do local é formado
basicamente por solos sedimentares do Período
Quaternário. Castello e Polido (1988) mostram
por meio de perfis geotécnicos típicos
evidências geológicas desses solos e comentam
que a ocorrência de camadas alternadas de
areias e argilas num mesmo local denota
Figura 1. Perfil geotécnico e posicionamento da
instrumentação na estaca teste
2.2
Estaca Teste
A estaca teste do tipo hélice contínua, com
40cm de diâmetro e 7,70m de comprimento,
estava apoiada em solo de baixa resistência
conforme apresentado na Figura 1. No interior
da estaca teste foram introduzidas armaduras
longitudinais e um tubo de aço galvanizado. As
armaduras longitudinais, constituídas de
4Ø16mm (CA-50) com 4,0m de comprimento e
estribos circulares Ø6.3mm (CA-50) a cada
20cm, foram introduzidas manualmente, após
execução da estaca. O tubo de aço galvanizado,
φint = 42,3mm e espessura 3mm, foi introduzido
no centro da estaca durante sua execução, pelo
eixo do trado, antes do lançamento do concreto,
conforme procedimento recomendado em
Albuquerque (2001). No interior do tubo
galvanizado foi introduzida uma barra de ferro
instrumentada em quatro níveis conforme
apresentado na Figura 1. Em cada nível da
instrumentação foram colados dois strain-gages
diametralmente opostos e ligados em ponte
completa.
Maiores
detalhes
sobre
a
instrumentação em profundidade desta estaca
podem ser obtidos em Albuquerque et al (2007)
e Alledi (2013).
3
PROVA DE CARGA
A prova de carga à compressão, do tipo lenta,
seguiu as prescrições da Norma Brasileira
ABNT NBR 12131:1992. Para a execução da
prova de carga, foi montado um sistema que é
composto de um macaco hidráulico, acionado
por bomba elétrica, atuando contra um sistema
de reação estável constituído de um conjunto de
quatro tirantes, engastados em quatro EHCs. O
sistema macaco hidráulico-bomba-manômetro
foi calibrado e certificado. As cargas aplicadas
no topo do bloco de coroamento das estacas
foram medidas com uma célula de carga com
capacidade para 3000kN, instalada entre o
macaco e a viga de reação. Maiores detalhes
sobre preparação, equipamentos e descrição das
provas de carga podem ser obtidos em Borjaille
Alledi, Polido e Albuquerque (2006).
4
MÉTODO DE RIGIDEZ
Décourt (1996) propõe um método para a
obtenção da carga de ruptura com base no
conceito de rigidez (RIG) que é definido como a
razão entre a carga aplicada (P) e o recalque (r),
correspondente
RIG =
P
r
(1)
Para qualquer tipo de fundação, a tendência é
que a rigidez diminua à medida que os
recalques aumentam. Portanto, com o valor do
recalque tendendo a infinito, a rigidez tende a
zero, definindo, assim, a carga de ruptura (PR).
A carga-limite pode ser obtida por meio do
gráfico de Rigidez, que permite visualizar a
distância que se está da ruptura e identifica o
domínio de transferência da carga pela ponta e o
domínio pelo atrito lateral nas provas de carga
convencionais (sem instrumentação).
O Gráfico de Rigidez é obtido plotando-se os
valores de Rigidez (RIG) no eixo das ordenadas
e os valores de carga (P) nas abscissas para que
se determine a carga que leva à rigidez nula.
Décourt (1996) salienta que como a rigidez nula
pressupõe deformação infinita, a ruptura física
nunca foi atingida. Portanto, no Gráfico de
Rigidez, calcula-se a ruptura convencional
(PR)c. Na prática, por uma simples extrapolação
da curva no Gráfico de Rigidez, obtém-se a
carga de ruptura estimada pela curva cargarecalque.
Para o autor do método, a curva cargarecalque oferece algumas informações iniciais
importantes para a análise do Gráfico de
Rigidez. Essas informações são obtidas por uma
reta entre o ponto de regressão escolhido e a
carga de ruptura convencional (PR)c. A
intercepção dessa reta com o eixo das abscissas
indica o limite inferior do domínio do atrito
lateral.
De acordo com Décourt (2008a), em provas
de carga levadas a grandes carregamentos, o
Gráfico de Rigidez indica claramente os
domínios de ponta e de atrito lateral. A partir do
ponto de regressão escolhido, a ponta deixa de
preponderar, constatada pela redução nítida de
R². Nesse ponto de transição, separa-se a parte
do Gráfico de Rigidez correspondente ao
domínio de ponta e ao domínio do atrito lateral.
No entanto, alguns pontos podem ficar fora da
análise e representam a transição do domínio de
ponta até iniciar o domínio do atrito lateral.
Para se definir os pontos do domínio, verifica-se
a correlação que abrange o maior número de
pontos e o maior valor de R².
O mesmo autor alerta que, onde a
transferência por ponta é preponderante, a
relação entre P e RIG é uma curva, tornando-se
linear em um gráfico logxlog. O autor frisa que
a transferência é basicamente por ponta, mas
não exclusivamente. Raciocínio semelhante
pode ser aplicado à interpretação da
transferência por atrito lateral.
5
APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS
RESULTADOS
5.1
Curva Carga-Recalque
A ponta da estaca teste foi apoiada em solo de
baixa resistência (NSPT=4), conforme Figura 1,
com o objetivo de se obter a ruptura do sistema
solo-estaca por meio do sistema de reação
projetado. A Figura 2 mostra a curva cargarecalque obtida com a prova de carga lenta.
Essa curva apresenta comportamento linear até
a carga aproximada de 600kN. A prova de carga
nesta estaca foi interrompida com uma carga
máxima de 720kN caracterizando ruptura. Na
carga máxima, foi obtido um deslocamento total
de 10,5% do diâmetro da estaca, isto é
41,99mm. Os recalques residual e elástico
obtidos foram de 40,02mm e 1,97mm,
respectivamente.
alerta, no artigo Décourt (2008b), que o
programa foi feito para facilitar a vida do
usuário e jamais para substituí-lo. O usuário
deverá interagir com o programa, estabelecendo
quais são as suas decisões em relação às
atitudes a serem tomadas.
Para a aplicação desse método, além do tipo,
diâmetro e comprimento da estaca, faz-se
necessário indicar o módulo de elasticidade do
material da estaca (E). Por meio da
instrumentação em profundidade, é possível
obter esse parâmetro. Para efeito de comparação
entre os resultados do método e da
instrumentação e para manter uniformidade na
entrada de dados, no Método de Rigidez foi
adotado o módulo de elasticidade da estaca
obtido via instrumentação. As Figuras 3 e 4
mostram os resultados desse método para estaca
teste apresentada.
0,0
I
0,2
0,4
P (MN)
0,6
0,8
1,0
1,2
0
10
20
L = 7,70 m
D = 0,40 m
PRc = 0,718 MN
30
r(mm)
Conforme relato de Danziger (2012), o
Método de Rigidez de Décourt destaca-se na
prática brasileira na interpretação de provas de
carga, não apenas na avaliação da carga de
ruptura, mas, principalmente, nas estimativas da
faixa de valores de resistências transferidas por
atrito lateral e resistência de ponta
40
50
60
70
80
Figura 3. Ponto de regressão da curva carga-recalque
Carga (kN)
0
100
200
300
400
500
600
700
800
0
II
1,2
5
Rigidez (MN/mm)
1
10
Recalque (mm)
15
20
Domínio da ponta
0,8
LOG (P) = -0,069 - 0,264 LOG (RIG)
R² = 1,0000
Domínio de Ponta
0,6
Domínio do Atrito
Domínio do atrito
0,4
P = -18,765 + 1,321 × RIG
R² = 0,9815
25
0,2
30
0
0
35
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
P (MN)
Figura 4. Gráfico de Rigidez
40
45
Figura 2. Curva carga-recalque
5.2
0,2
Aplicação do Método de Rigidez
Para utilização do Método de Rigidez, foi usada
uma planilha de cálculo em Excel cedida pelo
engenheiro e professor Luciano Décourt que
Apresenta-se, na Tabela 1, o intervalo de
valores no domínio do atrito lateral obtido com
o Método de Rigidez e o de atrito lateral
determinado experimentalmente. Para o cálculo
deste último valor, foi considerada a carga de
ruptura e o percentual de atrito obtido com a
análise da instrumentação em profundidade com
strain-gages, na carga máxima da prova de
carga. Maiores detalhes dos percentuais de
ponta e atrito em cada nível instrumentado, para
cada carga aplicada no topo, podem ser obtidos
em Alledi (2013). O objetivo é verificar se o
intervalo estimado pelo Método de Rigidez
condiz com o valor do atrito lateral definido
com base na instrumentação.
Fundações Ltda e da instituição Unicamp pelo
incentivo na realização da prova de carga deste
trabalho. Ao Instituto Federal do Espírito Santo
– Ifes pela liberação para que a primeira autora
concluisse seus estudos de Doutorado.
Tabela 1. Carga de atrito lateral determinada com a
instrumentação e obtida pelo Método de Rigidez
Intervalo do domínio do
Carga de ruptura na
atrito – Método de Rigidez
prova de carga (kN)
(kN)
Limite
Limite
Total
Atrito
inferior
superior
718
612
662
900
Albuquerque, P.J.R. Estacas escavadas, hélice contínua e
ômega: estudo do comportamento à compressão em
solo residual de diabásio, através de provas de
cargas instrumentadas em profundidade. 2001. 263 f.
Tese (Doutorado em Engenharia) - Escola Politécnica,
Universidade de São Paulo, São Paulo, 2001.
Albuquerque, P. J. R., Carvalho, D.; Borjaille Alledi,
C.T.D.; Polido, U.F. Behavior of instrumented
continuous flight auger piles in sedimentary and
residual Soils. In: PANAMERICAN CONFERENCE
ON SOIL MECHANICS AND GEOTECHNICAL
ENGINEERING, 13., 2007, Isla Margarita.
Proceedings... Caracas: Venezuelan Geotechnical
Society, 2007. 1 CD-ROM. 6 p.
Alledi, C.T.D.B. Comportamento à compressão de
estacas hélice contínua, instrumentadas, em solos
sedimentares. 2004. 228 f. Dissertação (Mestrado em
Engenharia) – Universidade Federal do Espírito
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Alledi, C.T.D.B. Transferência de carga de estacas
hélice contínua instrumentadas em profundidade.
2013. 271 f. Tese (Doutorado em Engenharia) –
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São Paulo: Pini, 1998. cap. 9.1.3. p. 345-348.
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sedimentares.
In:
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Camapum de Carvalho, J. et al. . Considerações sobre a
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Caputo, A. N. et al. Estaca hélice contínua: projeto,
execução e controle. São Paulo: Associação Brasileira
de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica
(ABMS). São Paulo: Núcleo Regional de São Paulo,
1997.
Observa-se na Tabela 1 que o intervalo
obtido pelo Método de Rigidez está próximo do
valor aferido experimentalmente com diferença
percentual em torno de 8%. Isto demonstra que
a metodologia foi adequada para avaliação do
atrito lateral da estaca em estudo.
6
CONCLUSÕES
O procedimento de introdução do tubo
galvanizado no interior da estaca durante sua
execução para, posteriormente, receber as barras
instrumentadas, se mostrou adequado para a
estaca hélice contínua testada.
Os quatro níveis da instrumentação em
profundidade executada com strain-gages
funcionaram de forma satisfatória.
Para esta estaca teste a maior parte da carga
aplicada no topo foi transferida para o solo por
atrito lateral, correspondendo a um percentual
de 85%.
O Método de Rigidez mostrou-se adequado
para avaliar a parcela de atrito lateral da estaca
analisada.´
AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem o apoio das empresas
DACAZA Engenharia,
CONCREVIT,
STAN-Fundações e Construções Civis,
GEOCONSULT – Consultoria de Solos e
REFERÊNCIAS
Castello, R. R.; Polido, U. F. Tentativa de sistematização
geotécnica dos solos quaternários de Vitória-ES. In:
SIMPÓSIO SOBRE DEPÓSITOS QUATERNÁRIOS
DAS BAIXADAS LITORÂNEAS BRASILEIRAS E
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Anais... Rio de Janeiro. 1988. v. 2, p. 3.1- 3.23.
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