UDC - UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS
CURSO DE ENGENHARIA CIVIL
AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA POR ATRITO LATERAL DE
ESTACAS ESCAVADAS NA REGIÃO DA TRÍPLICE FRONTEIRA
AGOSTINHO JOSÉ RAMOS
FOZ DO IGUACU - PR
2008
AGOSTINHO JOSÉ RAMOS
AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA POR ATRITO LATERAL DE
ESTACAS ESCAVADAS NA REGIÃO DA TRÍPLICE FRONTEIRA
Trabalho final de graduação, apresentado à
banca examinadora da União Dinâmica de
Faculdades Cataratas, como requisito parcial
de avaliação, para obtenção do grau de
bacharel em
Engenharia
Civil,
sob
orientação do Prof. Msc. Célcio José
Escobar.
FOZ DO IGUACU - PR
2008
“Aprendemos
a
voar
como
os
pássaros, a nadar como os peixes;
mas não aprendemos à simples arte
de vivermos juntos como irmãos.”
M. Luther King
DEDICATÓRIA
A Deus,
pois foi quem me deu a vida e
permite-me, que tenho tantas
oportunidades.
Aos familiares,
pelo incentivo e compreensão
nos momentos de ausência.
Aos meus amigos,
poucos em números, mas
incomensuráveis na qualidade.
Aos professores e
colaboradores da UDC,
pela sua colaboração e empenho,
em especial ao orientador.
Aos colegas
da faculdade, pelos diversos
momentos de estudos e
descontração.
RESUMO
O solo é a variável mais complexa quando se trata de fundações,
portanto o seu estudo em profundidade é de fundamental importância para que se
executem obras com qualidade. Fundações por meio de estacas escavadas têm sido
largamente empregadas para cargas de pequeno e médio porte. O presente trabalho
objetivou a avaliação da resistência por atrito lateral desse tipo de estaca no perfil
geotécnico na região da Tríplice Fronteira, através da execução de provas de carga
dinâmica em 3 estacas de 0,25 m de diâmetro e 6 m de profundidade, e comparar os
resultados obtidos com os métodos semi-empíricos muitos difundidos no Brasil, Aoki
e Velloso e Décourt e Quaresma.
Os resultados obtidos com o estudo permitiram constatar que os
métodos semi-empíricos são relativamente conservadores, uma vez que os valores
alcançados foram bem superiores aos estabelecidos pelos referidos métodos. Assim
sendo tal estudo permitirá utilizar como parâmetro os dados levantados pelo
presente trabalho.
Palavras-chave: solo, fundações, estaca, atrito lateral.
LISTA DE FIGURAS
Figura 01: Perfuratriz sobre escavadeira........................................................................... 29
Figura 02: Perfuratriz sobre escavadeira........................................................................... 29
Figura 03: Perfuratriz sobre caminhão ............................................................................... 30
Figura 04: Perfuratriz sobre caminhão ............................................................................... 30
Figura 05: Reação plataforma carregada .......................................................................... 32
Figura 06: Reação através estacas .................................................................................... 32
Figura 07: Reações através tirantes................................................................................... 33
Figura 08: Local de realização............................................................................................. 42
Figura 09: Realização da sondagem.................................................................................. 43
Figura 10: Pesando solo para ensaio................................................................................. 44
Figura 11: Ensaio granulométrico ....................................................................................... 44
Figura 12: Preparação de armadura................................................................................... 44
Figura 13: Armadura da estação de reação...................................................................... 44
Figura 14: Vista do equipamento Strauss.......................................................................... 45
Figura 15: Detalhe sonda do equipamento ....................................................................... 45
Figura 16: Perfuração manual da estaca........................................................................... 46
Figura 17: Moldagem de corpo de prova ........................................................................... 46
Figura 18: Slump-test do concreto...................................................................................... 46
Figura 19: Corpos de prova ................................................................................................. 47
Figura 20: Estaca de reação concretada ........................................................................... 47
Figura 21: Estacas em séries .............................................................................................. 47
Figura 22: Estaca a ser ensaiada ....................................................................................... 47
Figura 23: Macaco hidráulico............................................................................................... 54
Figura 24: Estaca sendo ensaiada ..................................................................................... 54
Figura 25: Relógio comparador ........................................................................................... 54
Figura 26: Detalhe da estaca recalcada ............................................................................ 54
LISTA DE QUADROS
Quadro 01: Capacidade de carga de estaca conforme o diâmetro ...........................30
Quadro 02: Valores F1 e F2 em função do tipo de estaca ........................................38
Quadro 03: Valores de K e α em função do tipo de solo ...........................................38
Quadro 04: Valores de K em função do tipo de solo .................................................40
Quadro 05: Valores de α e β em função do tipo de estaca e de solo........................41
Quadro 06: Cargas oriundas de cálculo ....................................................................51
Quadro 07: Cargas em as estacas foram submetidas versos deformação ...............55
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
USP
Universidade de São Paulo
Y
Peso específico
Ps
Peso do sólido
Vs
Volume do sólido
h%
Teor de umidade
Pa
Peso da água
Pt
Peso total
Vt
Volume total
Є
Índice de vazios
GC
Grau de compacidade
n%
Porosidade de um solo
SPT
Índice de Resistência à Penetração
CPT
Ensaio de penetração do cone
NBR
Norma Brasileira de Regulamentação
N ou Nspt
Número de golpes do SPT
LL
Limite de liquidez
LP
Limite de plasticidade
LC
Limite de contração
K
Rigidez ou compressibilidade relativa estaca/solo
α
coeficiente de função de forma
β
Fator de adesão
F1
Fator de carga de ponta em função do tipo de estaca
F2
Fator de carga lateral em função do tipo de estaca
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................12
2. OBJETIVOS..........................................................................................................13
2.1 Objetivo Geral....................................................................................................13
2.2 Objetivos Específicos .......................................................................................13
3. JUSTIFICATIVA....................................................................................................14
4. CONSIDERAÇÕES BÁSICAS DOS SOLOS .......................................................15
4.1 Formação dos Solos .........................................................................................17
4.2 Propriedades das Partículas Sólidas dos Solos ............................................17
4.3 Índices Físicos dos Solos.................................................................................18
4.3.1 Elementos Constituintes dos Solos ......................................................19
4.3.2 Teor de Umidade do Solo .......................................................................20
4.3.3 Peso Específico Aparente e Massa Específica Aparente do Solo ......20
4.3.4 Índice de Vazios ......................................................................................20
4.3.5 Grau de Compacidade ............................................................................21
4.3.6 Porosidade de Um Solo ..........................................................................21
5. DESCRIÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO SOLO .................................................22
5.1 Prospecções do Subsolo..................................................................................22
5.2 Caracterização do Solo.....................................................................................23
6. TIPOS DE FUNDAÇÕES ......................................................................................25
6.1 Fundações Diretas ............................................................................................26
6.2 Fundações Indiretas .........................................................................................26
6.3 Fundações em Estaca.......................................................................................26
6.4 Estaca Escavada ...............................................................................................27
7. ESTUDO EXPERIMENTAL – PROVA DE CARGA..............................................31
7.1 Métodos de Capacidade de Carga em Estacas ..............................................31
7.1.1 Equipamentos..........................................................................................32
7.1.2 Caracterização.........................................................................................33
7.1.3 Execução .................................................................................................33
7.1.4 Resultados...............................................................................................34
7.2 Método de Prova de Carga ...............................................................................34
7.3 Métodos Semi-empíricos ..................................................................................35
7.3.1 Método Aoki e Velloso ............................................................................37
7.3.2 Método de Décourt e Quaresma ............................................................39
8. DESCRIÇÃO E REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS DE CAMPO ...............................42
8.1 Etapas Anteriores da Realização dos Ensaios de Campo.............................42
8.1.1 Definição do Local ..................................................................................42
8.1.2 Programação e Realização da Sondagem de SPT ...............................43
8.1.3 Ensaio de Granulometria do Solo..........................................................43
8.1.4 Preparação da Armadura........................................................................44
8.1.5 Perfuração das Estacas..........................................................................45
8.1.6 Execução da Concretagem ....................................................................46
8.1.7 Cálculo da Capacidade de Carga das Estacas .....................................47
8.1.7.1 Método Aoki e Veloso ......................................................................48
8.1.7.2 Método Décourt e Quaresma ...........................................................50
8.1.7.3 Resultados dos Cálculos .................................................................51
8.1.7.4 Comparativo da capacidade de carga calculada de ruptura das
estacas ..........................................................................................................52
8.1.7.5 Comparativo da capacidade de carga calculada de serviço das
estacas ..........................................................................................................52
8.2 Descrição dos Ensaios de Campo...................................................................53
9. RESULTADOS OBTIDOS COM ENSAIOS ..........................................................55
9.1 Tabulação dos Resultados ...............................................................................55
9.1.1 Resultados Obtidos nos Ensaios ..........................................................55
9.1.2 Resultados Obtidos Após a Correção...................................................55
9.2 Análise dos Resultados ....................................................................................56
9.2.1 Comparação das Cargas de Ruptura das Estacas Calculadas e
Ensaiadas .........................................................................................................56
9.2.2 Comparação das Cargas de Serviço das Estacas Calculadas e
Ensaiadas .........................................................................................................57
9.3 Discussão dos Resultados e Procedimentos .................................................57
9.3.1 Comparação das Cargas de Serviço das Estacas Calculadas e
Ensaiadas .........................................................................................................58
10. CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS ..59
10.1 Considerações Finais .....................................................................................59
10.2 Sugestões Para Futuras Pesquisas...............................................................60
11. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................61
1. INTRODUÇÃO
A partir da segunda guerra mundial, houve uma ampliação dos
recursos para resolver problemas relacionados à Mecânica dos Solos e Fundações
através de inúmeras informações e experiências, que permitiram comparações e
aferições das previsões teóricas e do comportamento real do solo.
Ao lidar com materiais como solos só é possível obter resultados
satisfatórios, caso as decisões sejam tomadas com base em estudos criteriosos,
obtidos através de análise minuciosa das condições geológicas bem como dos
ensaios laboratoriais, considerando ainda os possíveis erros e desvios no decorrer
das análises além das dispersões que se apresentam.
Com o desenvolvimento tecnológico na área da Engenharia Civil, no
que diz respeito aos equipamentos, materiais, software e outros, torna-se cada vez
mais necessário o aprimoramento dos processos construtivos, os quais tornaram os
empreendimentos mais econômicos, possibilitando uma resposta à altura dos
avanços tecnológicos. Assim sendo, ao se realizar um trabalho como este procurase contribuir para a racionalização deste processo.
O presente trabalho permitirá avaliar o comportamento do solo em
relação às estacas escavadas na região da Tríplice Fronteira e compará-los aos
métodos teóricos mais difundidos no Brasil.
A fim de prever a capacidade de carga para este tipo de fundação, o
presente trabalho, utilizará dos métodos estáticos semi-empíricos e da prova de
carga. Será descritos as atividades e procedimentos utilizados, bem como os
resultados teóricos e os valores dos ensaios de campo.
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo Geral
Avaliar o comportamento do conjunto solo/estaca, quanto a
resistência por atrito lateral, em relação à prova de cargas em estacas escavadas na
região da Tríplice Fronteira, comparando os resultados obtidos com os métodos
muitos difundidos no Brasil: Aoki e Velloso, Décourt e Quaresma.
2.2 Objetivos Específicos
•
Aprofundar conhecimentos teóricos adquiridos no decorrer do curso no que se
refere à caracterização do solo;
•
Aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo do curso no que diz respeito a
fundações, mais especificamente em estacas escavadas;
•
Constatar o comportamento do conjunto a ser estudado (solo/estaca) no
decorrer da realização dos ensaios.
3. JUSTIFICATIVA
O uso crescente da estacas escavadas em substituição as estacas
manuais e as fundações diretas do tipo sapatas isoladas, implica na necessidade de
subsidiar os profissionais da área de fundações com maiores informações sobre o
seu comportamento.
A estaca escavada é uma das fundações mais executadas na região
da Tríplice Fronteira e por não haver na região um estudo que permita verificar a sua
capacidade de carga em serviço e compará-la aos resultados obtidos através dos
métodos teóricos.
4. CONSIDERAÇÕES BÁSICAS DOS SOLOS
Ao se projetar uma obra de engenharia Civil, é necessário que se
conheça a qualidade, bem como o comportamento do solo. Para tanto se necessita
lançar mão dos estudos realizados pelo ramo da engenharia chamada de
Engenharia Geotécnica (PINTO, 2002).
Conforme FALCONI (1998) além dos fatores já considerados por
Pinto 2002, na fase de projeto do empreendimento é necessário conhecer o subsolo
e as águas subterrâneas, bem como os transtornos que as águas superficiais podem
trazer ao canteiro de obra. Na etapa de execução de fundações, uma pequena
economia pode causar grandes prejuízos no futuro.
A formação do solo se deu a milhões de anos, através da
decomposição das rochas presentes na crosta terrestre. Esta decomposição se dá
por meio da ação de agentes físicos, químicos e biológicos na rocha. A quantidade
de cada tipo de partícula é que possibilita a formação do solo com uma determinada
característica a qual está diretamente relacionada com a composição química da
rocha que lhe deu origem (PINTO, 2002).
O solo é constituído por partículas sólidas, água e ar, as quais
interferem diretamente em seu comportamento.
Para implantação de qualquer projeto de engenharia, necessitam-se
fazer num primeiro momento, o reconhecimento do solo, para fins de identificação,
avaliações do seu estado, e caso necessário a realizações de ensaios, para
conclusões mais precisas (PINTO, 2002).
16
Os estudos dos solos permitirão sua classificação que é de
fundamental importância para implantação de um projeto de Engenharia. O solo
pode ser classificado como:
a) Classificação Unificada;
b) Sistema Rodoviário de Classificação;
c) Classificações Regionais;
d) Classificação dos solos pela sua origem;
e) Solos orgânicos;
f) Solos Lateríticos.
Dentre as classificações acima se destaca a classificação de Solos
Lateríticos. Sendo esta uma proposta de classificação de solos tropicais que vem
sendo desenvolvida pelo Prof. Job S. Nogami, da Escola Politécnica da USP. Nesta
classificação não se emprega os índices de consistências, mas parâmetros obtidos
em ensaios de compactações com energias diferentes (PINTO, 2002), APUD, LIMA,
2007.
Os solos lateríticos têm sua fração de argila constituída predominantemente de
minerais cauliníticos e apresentam elevada concentração de ferro e alumínio na forma
de óxidos e hidróxidos, donde sua peculiar coloração avermelhada. Estes sais de
encontram, geralmente, recobrindo agregações de partículas argilosas.
Os solos lateríticos apresentam-se, na natureza, geralmente não-saurados, com
índice de vazios elevado, daí sua pequena capacidade de suporte. Quando
compactados, entretanto, sua capacidade de suporte é elevada, sendo por isto muito
empregado em pavimentação e em aterros.
17
4.1 Formação dos Solos
A formação dos solos é resultado do intemperismo ou meteorização
das rochas, as quais se desintegram por ação mecânica ou decomposição química
através de agentes como água, temperatura, vegetação e vento.
A decomposição química se dá através do processo em que ocorre
a modificação química ou mineralógica das rochas de origem. Tais processos
ocorrem de forma simultânea considerando as condições climáticas podendo ser
predominante sobre o outro. Portanto o solo é uma função da rocha-mater e dos
diferentes agentes de alteração.
Pedologia é uma ciência que tem por finalidade o estudo das
camadas superficiais da crosta terrestre, particularmente a sua formação e
classificação.
Segundo a pedologia, a formação do solo é função da rocha de
origem, da ação dos organismos vivos, do clima, da fisiografia e do tempo
(CAPUTO, 2003).
4.2 Propriedades das Partículas Sólidas dos Solos
a) Natureza das Partículas
Basicamento o solo é constituído por minerais, podendo conter matéria orgânica. As
frações grossas são predominantes de grãos silicosos, por outro lado os minerais
que ocorrem nas frações argilosas pertencem aos três grupos principais caolinita,
montmorilonita e ilita.
18
b) Peso Específico das Partículas
O peso específico das partículas de um solo é por definição ү = Ps / Vs, ou seja, o
peso da partícula sólida por unidade de volume.
c) Forma das Partículas
As formas das partículas dos solos influenciam suas propriedades. Suas formas
principais são: partículas arredondadas; na forma de poliedros o que predominam
nos pedregulhos, areias e siltes; laminares na forma de lâminas ou escamas,
presente nas argilas, respondendo pela compressibilidade e plasticidade, sendo esta
última uma das características mais importante e por último fibrilare, característica
dos solos turfosos.
d) Granulometria
Considerando determinados limites as dimensões das partículas recebem
designação própria pelas quais são conhecidas de frações convencionais. Tendo em
vista uma escala, estas frações são: pedregulho, cujos diâmetros estão entre 76 e
4,8 mm; areia, entre 4,8 e 0,05 mm; silte, entre 0,05 e 0,005 mm e argila, inferiores a
0,005 mm. Podemos distinguir diferentes tipos de granulometria, como: contínua –
bem graduada: possuindo uma variação do maior ao menor; descontínua – aberta:
possuindo intervalos de tamanho inexistente e uniforme: possuem grãos que não
variam em tamanho (CAPUTO, 2003).
4.3 Índices Físicos dos Solos
Num solo, só parte do total do volume é ocupada pelas partes
sólidas o restante, ou seja, a parte de vazios é ocupada pela água e o ar.
19
4.3.1 Elementos Constituintes dos Solos
O solo é constituído de um conjunto de partículas sólidas, ficando
entre si vazios que poderão estar preenchidos parcialmente ou totalmente pela
água. Geralmente está formado por três fases; sólida, líquida e gasosa.
Considerando a dificuldade de separar os diferentes estados da
água no solo, é de fundamental importância estabelecer a diferença entre os
mesmos:
- água de constituição: faz parte da estrutura molecular da parte sólida;
- água adesiva: é a película que envolve e adere à partícula sólida;
- água livre: é aquela que preenchem todos os vazios do solo numa determinada
zona do terreno;
- água higroscópica: aquela que se encontra em um solo seco ao ar livre;
- água capilar: aquela que nos grãos finos sobe pelos interstícios capilares deixados
pelas partículas sólidas.
As águas livres, higroscópicas e capilares são as que podem ser
totalmente evaporadas a uma temperatura maior que 100ºC.
Os índices desempenham um papel de fundamental importância no
estudo das propriedades dos solos, por serem dependentes dos seus constituintes,
bem como das proporções entre eles, assim como da interação de uma fase sobre
as outras (CAPUTO, 2003).
20
4.3.2 Teor de Umidade do Solo
Umidade de um solo é a razão entre o peso da água nele contida e o
peso da parte sólida do solo, considerando um mesmo volume. Expressa em
porcentagem.
h% = Pa / Ps x 100
Sua determinação é muito simples: basta determinar o peso da
amostra no seu estado natural e o peso após completa secagem em uma estufa a
105ºC ou 110ºC. O seu valor varia entre limites muito afastados.
4.3.3 Peso Específico Aparente e Massa Específica Aparente do Solo
O peso específico aparente de uma amostra de solo é determinado
pela razão entre o peso total da amostra e seu volume.
Ү = Pt / Vt
A massa específica aparente de uma amostra é obtida pela razão
entre sua massa total e seu volume.
4.3.4 Índice de Vazios
É a razão entre o volume de vazios Vv e o volume de sólidos Vs da
parte sólida de um solo
Є = Vv / Vs
21
Este índice foi introduzido por Terzaghi ao estudar o “fenômeno de
adensamento do solo”, pois a variação de Є, indicando uma variação de volume, só
depende de uma variável Vv, uma vez que Vs não varia, ou varia pouco, durante o
fenômeno.
4.3.5 Grau de Compacidade
O estado natural de um solo não coesivo (areia e pedregulho)
define-se pelo chamado grau de compacidade, compacidade relativa ou densidade
relativa (Dr):
GC = Єmáx - Єnat
Єmáx – Єmín
4.3.6 Porosidade de Um Solo
É a razão entre o volume de vazios e o volume total de uma amostra
do solo:
n% = Vv / Vt x 100
5. DESCRIÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO SOLO
5.1 Prospecções do Subsolo
Para identificar as características do solo, é necessário o
reconhecimento do mesmo, a fim de estudá-lo e propor a melhor alternativa para
execução da fundação. Para tanto se torna imprescindível à realização de
sondagens, a qual está dividida em várias etapas (PINTO, 2002):
•
Sondagem de Simples reconhecimento;
•
Perfuração acima do nível d’água;
•
Determinação do nível d’água;
•
Perfuração abaixo do nível d’água;
•
Resistência à penetração – STP.
Ao planejar a implantação de um empreendimento na área da
construção civil é de fundamental importância que se realize uma programação de
sondagens de simples reconhecimento, conforme a NBR 8036/83, a qual determina
a quantidade de sondagens necessárias para cada área.
Conforme NBR 6484/01, a qual prescreve o método e os
procedimentos de execução de Sondagens de Simples Reconhecimento, prevendo
todas as etapas de perfuração com STP (Índices de Resistência à Penetração),
tendo como finalidades, para aplicação na área de Engenharia Civil, as quais são:
a) determinação dos tipos de solo, bem como as profundidades de sua ocorrência;
b) posição do nível d’água;
c) índices de resistência à penetração N a cada metro.
23
5.2 Caracterização do Solo
No Brasil, o Sistema Rodoviário é utilizado pela engenharia
rodoviária, sendo que o Sistema Unificado é preferido pelos engenheiros
barrageiros. Já os engenheiros que trabalham com fundações não utilizam nenhum
destas classificações. De modo geral eles seguem uma maneira informal de
classificação dos solos bem regional, que pode ter tido origem nestes sistemas de
classificação.
As discrepâncias observadas entre as classificações clássicas e o
comportamento de alguns solos nacionais devem-se, em grande parte ao fato deste
serem solos residuais ou lateríticos, para os quais os índices de consistência não
podem ser interpretados da mesma forma que são os solos transportados que
ocorrem em países de clima temperado, onde os sistemas foram elaborados
(PINTO, 2002).
A Plasticidade e Consistência são fatores que contribuem na
caracterização dos solos. Para caracterizá-los, não basta somente identificar sua
granulometria uma vez que suas propriedades dependem do teor de umidade, além
da forma das partículas, bem como da composição química e mineralógica. A
plasticidade pode ser definida como uma propriedade do solo, que consiste na maior
ou menor capacidade de serem moldados, podendo variar o teor de umidade, mas
não o seu volume.
O solo pode ser encontrado em quatro estados: líquido, plástico,
semi-sólido e sólido, existindo, porém, os limites entre os referidos estados: Limite
de Liquidez (LL), entre os estados líquido e plástico; Limite de Plasticidade (LP),
24
entre os estados plástico e semi-sólido; Limite de Contração (LC), entre os estados
semi-sólido e sólido.
A determinação do: Limite de Liquidez é realizado pelo aparelho de
Casagrande acompanhado dos dois cinzéis sendo um para solos argilosos e o outro
para solos arenosos; o Limite de Plasticidade é determinado pelo cálculo da
porcentagem de umidade que o solo começa a fraturar quando se tenta moldar, com
ele, um filete de 3 mm de diâmetro com cerca de 10 cm de comprimento; o Limite de
Contração é determinado pelo teor de umidade a partir do qual o solo não mais se
contrai, porém continua perdendo peso (CAPUTO, 2003).
6. TIPOS DE FUNDAÇÕES
Os principais tipos de fundações podem ser identificados em dois
grandes grupos que são: Fundações superficiais e Fundações profundas.
A determinação do tipo de fundação de um empreendimento deve
satisfazer às condições técnicas e econômicas da obra em estudo. Portanto devemse conhecer as seguintes particularidades (ALONSO, 1983):
- proximidades com edificações existentes, tipos de fundação bem como o estado de
conservação;
- natureza e características do solo local;
- grandeza das cargas, as quais os elementos de fundação serão submetidos;
- limitação dos tipos de fundações existentes.
A escolha do tipo de fundação mais apropriado se dá por eliminação,
escolhendo entre os existentes, aqueles que satisfaçam tecnicamente ao caso em
questão. Em seguida fazer um comparativo de custos, visando a escolher o mais
econômico. Para tanto se necessita de investigações de campo bem como de
laboratório (ALONSO, 1983).
Conforme FALCONI (1998), na concepção de um projeto de
fundação é necessário considerar alguns elementos, são eles: levantamentos
topográficos, geológicos, geotécnicos, características da estrutura a construir,
informações sobre construções vizinhas. É prudente a visita do projetista no local do
empreendimento. Após a análise de todos os elementos e da visita do projetista será
possível decidir sobre a melhor solução para o projeto de fundação, fazendo a
escolha com base em: menor custo e menor prazo de execução.
26
6.1 Fundações Diretas
Conforme CAPUTO (2003), fundações superficiais são elementos de
fundações que transmitem as cargas ao solo predominantemente pelas pressões
distribuídas sob a base da fundação, sendo que seu atrito ocorre na ponta dos
elementos. Incluem-se neste tipo de fundação: sapatas, blocos, radier, sapatas
associadas, vigas de fundações e sapatas corridas.
6.2 Fundações Indiretas
Fundações profundas elementos de fundação que transmite as
cargas ao solo pela base (resistência de ponta), pela superfície lateral ou pela
combinação das duas, exemplos de fundações: estacas, tubulões e caixões.
(CAPUTO, 2003)
6.3 Fundações em Estaca
Estaca é um tipo de fundação profunda que possui peças alongadas,
cilíndricas ou prismáticas, que se cravam ou se confeccionam no solo, podendo ser
utilizadas para transmissão de cargas às camadas profundas do solo, bem como
contenção e empuxos de terra ou de água. Estacas para transmissão de cargas ao
solo são preparadas para suportar esforços axiais de compressão, resistindo estes
27
esforços, seja pelo atrito lateral, ou seja, pelas reações exercidas pelo solo sobre a
ponta. A estaca pode ser constituída de madeira, aço e concreto.
Dentre os vários modelos de estaca podemos citar: pré-moldadas, mega, moldadas
“in situ”, mistas, frank, straus, escavada e etc. (CAPUTO, 2003).
Conforme AVIZ (2006), fundações em estaca são uma das alternativas mais antigas
na sustentação da estruturas, mas ao ser projetado torna-se ainda um desafio para
a engenharia geotécnica. Estacas são elementos esbeltos de grande comprimento
relativo, sendo usada quando a camada superficial do solo não é suficiente para
suportar as cargas. Sua capacidade pode ser estimada através de métodos teóricos
e semi-empíricos. Para a aplicação do método teórico necessita-se conhecer a
geometria detalhada do problema, das tensões, deformações e resistência do solo,
considerando a interface solo-estaca, enquanto que para os métodos sem-empíricos
usam-se geralmente os resultados obtidos em ensaios de campo. Os métodos semiempíricos são mais utilizados na prática da engenharia para cálculo da capacidade
de carga, uma vez que os métodos teóricos, com exceção de grandes projetos
possuem sua aplicação restrita tendo em vista seus altos custos. No Brasil a prática
mostra que os projetos são elaborados com freqüência com base nos resultados de
ensaio de SPT.
6.4 Estaca Escavada
Conforme DÉCOURT (1998), estacas escavadas são aquelas
executadas no local da obra, através de perfuração do solo utilizando-se de um
28
processo quaisquer, pelos quais é realizada a remoção do material, com ou sem
revestimento, com ou sem fluído estabilizante.
Nessa categoria enquadram-se as estacas tipo broca, executada
manual ou mecanicamente, as do tipo Strauss, os barretes, as estações, as hélices
contínuas, as estaca injetadas entre outras.
De
acordo
com
FALCONI
(1998),
as
estacas
escavadas
mecanicamente com trado helicoidal, de utilização mais recente, são executadas
através de torres metálicas, apoiadas em chassis metálicos ou acopladas a
caminhões. Em ambos os casos são empregados guinchos, conjunto de tração e
haste de perfuração, podendo esta ser helicoidal em toda sua extensão ou
constituída de trados com comprimento entre 2 e 6 m em sua extremidade,
prendendo-se ao avanço através de prolongamento telescópio.
Existe equipamento que perfura até a profundidade de 40 m e com
diâmetro que varia de 0,20 a 0,50 m.
As estacas são em geral solicitadas através de cargas de
compressão resistindo ao cisalhamento, gerado ao longo de seu fuste. A capacidade
de carga de uma estaca é definida pelas máximas cargas que pode ser suportada
pelo atrito lateral e pela ponta, parcela esta (de ponta) que não será considerada no
experimento.
Convencionalmente a ruptura é definida como sendo a carga
correspondente a uma deformação da ponta da estaca de 10% de seu diâmetro, no
caso de estaca de deslocamento e de estaca escavada em argila e de 30% de seu
diâmetro no caso de estaca escavada em solos granulares. É a fundação profunda
mais utilizada, portanto a mais confiável na região. Podemos citar como vantagem:
uma fundação para uma edificação com 30 estacas de 10 m pode ser executada em
29
um dia; seu custo varia de R$ 4,00 a R$ 15,00, de acordo com o diâmetro (Ф 25 a Ф
50); facilidade na execução; baixo custo; rapidez e versatilidade na execução; pode
ser corrigida durante a execução (aumento do diâmetro ou da quantidade); pode ser
associada a outras fundações para reforço e recuperação de estruturas, como
desvantagem: não ultrapassa solos com matacões, alterações de rocha ou
materiais muito duros; não é apropriada para executar abaixo do nível d’agua; não é
apropriada em solos muitos moles (areias), podendo ocorrer desmoronamento e
podendo a seção durante a concretagem; não é adequada para execução em
aterros entro outros.
Figura 01: Perfuratriz sobre escavadeira
Fonte: ZIRONI, (2008)
Figura 02: Perfuratriz sobre escavadeira
Fonte: ZIRONI, (2008)
Conforme BELINCANTA (2004), estacas perfuradas através de
trados mecânicos do tipo helicoidal deixam à extremidade inferior da estaca solo
solto, o qual impede o contato do concreto com a parte natural do solo, portanto,
30
neste tipo de estaca, a resistência de ponta deve ser desprezada. Não é adequado
para solos granulares (areia) e nem para aterros.
Há indícios de que estas estacas possuam resistências acima das
previstas pelos métodos clássicos brasileiros de previsão de cargas de ruptura,
como os de Décout-Quaresma e Aoki-Veloso. Tal fato pode-se justificar pelas
tensões passivas laterais, ocasionadas na fase de concretagem com o concreto
plástico, como também pelas irregularidades nas paredes do furo, também em
função da concretagem.
Em Maringá tem-se adotado os seguintes valores para cálculo da
capacidade de carga para estaca desse tipo.
Quadro 01: Capacidade de carga de estaca conforme o diâmetro
Diâmetro
Até 10 m de profundidade
De 10 a 20 m de profundidade
Ф 25 cm
1,00 tf/m
1,00 a 1,34 tf/m
Ф 32 cm
1,50 tf/m
1,50 a 2,00 tf/m
Ф 38 cm
2,25 tf/m
2,25 a 2,60 tf/m
Fonte: BELINCANTA, (2004)
Figura 03: Perfuratriz sobre caminhão
Fonte: ZIRONI, (2008)
Figura 04: Perfuratriz sobre caminhão
Fonte: ZIRONI, (2008)
7. ESTUDO EXPERIMENTAL – PROVA DE CARGA
Apresentam-se a seguir, de maneira sucinta, a descrição dos
procedimentos que serão utilizadas durante a realização do trabalho:
•
Realização da sondagem através do SPT (Índice de Resistência à
Penetração);
•
Caracterização
do
solo,
identificando
os
parâmetros
que
serão
considerados na realização dos ensaios;
•
Submeter as estacas à prova de carga, através do sistema de reação à
compressão por meio de estaca de reação;
7.1 Métodos de Capacidade de Carga em Estacas
São dois os tipos de métodos normalmente utilizados para definir a
capacidade de carga de ruptura de estacas: métodos baseados em prova de carga e
métodos semi-empíricos.
A capacidade de carga de uma estaca escavada pose ser avaliada
através de dois métodos: primeira através de critérios técnicos e segundo através de
critérios semi-empíricos. No primeiro caso a realização dos ensaios e executado
com base em normas técnicas e no segundo sem embasamento em normalização
(ALONSO, 1983)
Atualmente, os métodos de cálculo de capacidade de carga de
estacas mais utilizados e difundidos no Brasil são os de AOKI e VELLOSO (1975) e
DÉCOURT e QUARESMA (1978). Esse último, baseado nos índices de resistência a
penetração N do ensaio de SPT.
32
Conforme NBR 12131, para realização de ensaios são necessários
cumprir diversas etapas e procedimentos conforme a seguir:
7.1.1 Equipamentos
Os dispositivos de aplicação de carga constituída por um ou mais
macacos hidráulicos alimentados por bombas elétricas ou manuais, que atuam
contra o sistema de reação, podendo este ser:
a) Plataforma carregada, conforme figura 01;
b) Estrutura fixada ao terreno através de estacas ou tirantes, conforme figura 02 e
03, respectivamente.
Figura 05: Reação plataforma carregada
Figura 06: Reação através estacas
33
Figura 07: Reações através tirantes
7.1.2 Caracterização
A estaca a ser ensaiada deverá ser previamente documentada,
contendo sua geometria, métodos de execução, propriedades dos materiais,
escavação, dados da sondagem, profundidade da estaca, resistência características
do concreto, armadura e etc.,
7.1.3 Execução
A execução da prova de carga pode ser realizada com carregamento
lento ou rápido, sendo a deformação de cada um deve ser interpretado
considerando o carregamento recebido.
O
carregamento
é realizado
respeitando
estágios
iguais
sucessivos, quando devem ser feitas as leituras antes e depois de cada estágio;
e
34
7.1.4 Resultados
Os resultados devem ser apresentados em relatório detalhado
contendo: descrição dos ensaios, tipo e característica da estaca, dados da
instalação
da
estaca,
referências,
dispositivos
de
aplicação
de
carga
e
instrumentação, relato de ocorrências no decorrer do ensaio, tabela de leitura nos
diversos estágios e curva carga x deslocamento.
7.2 Método de Prova de Carga
Referente a realização de prova de carga de carga em estaca, esta
é mais utilizada em situações de verificação in loco, posteriormente à execução do
estaqueamento, ou, em casos mais especiais, em elemento de referência (modelo)
executado previamente para construção da capacidade ‘real’ da estaca e
fundamentação do projeto geotécnico final, sob bases mais reais e precisas.
De acordo com recomendações da Norma NBR 6122, deve-se
adotar para carga admissível, a partir deste método, o menor dos seguintes valores:
a) Qu = Qr / 2,0
b) Qu = Q’ / 1,5
onde:
Qu
→ carga admissível da estaca
Qr
→ carga de ruptura da estaca
Q’
→ carga que produz o recalque admissível para a estrutura (medido
no topo da estaca) (GIUGLIANI, 2006)
35
7.3 Métodos Semi-empíricos
São inúmeros autores que formulam e desenvolvem teorias para a
determinação de capacidade de carga em estaca. Em praticamente todos estes
métodos, cujas bases de comprovação sempre ficam identificadas com seus
modelos e as regiões geográficas onde foram avaliados, a partir de testes de campo,
a capacidade de carga de uma estaca é obtida a partir da seguinte expressão geral:
Qu = Qs + Qp
onde:
Qu
→ capacidade de carga de ruptura do elemento de fundação;
Qs
→ carga suportada pelo atrito lateral da estaca com o solo;
Qp
→ carga suportada pela ponta da estaca.
e ainda:
Qu = Qs + Qp
Qu = qs.As + qp.Ap
Qu = qs.U.∑∆L + qp.Ap
onde:
qs
→ resistência limite de cisalhamento ao longo do fuste da estaca;
As
→ área lateral do fuste da estaca;
U
→ perímetro do fuste da estaca;
∑∆L
→ somatória de trechos do fuste da estaca (L=∑∆L→comprimento da estaca)
qp
→ resistência de ponta da estaca
Ap
→ área da ponta da estaca.
Os valores das resistências qs e qp podem ser avaliados e obtidos a
partir de:
36
- Processos diretos: onde qs e qp são obtidos a partir de correlações empíricas
oriundas de ensaios in loco;
- Processos indiretos: onde os dados de avaliação são obtidos a partir de ensaios in
loco ou em laboratório e a capacidade de carga é determinada a partir de
formulação teórica ou experimental.
A estimativa da capacidade de carga de estacas a partir de modelos
teóricos normalmente torna-se deficiente, não resultando em valores satisfatórios
devido a vários fatores, dentre estes podem ser citados:
- Impossibilidade prática de conhecer, com certeza, o estado de carga do terreno e
as condições que compões o perfil geotécnico atravessado pela estaca onde esta se
apóia;
- Dificuldade de determinar com exatidão a resistência ao cisalhamento dos solos;
- Dependência dos processos executivos das estacas;
- Falta de uma relação direta entre a resistência lateral e a resistência de ponta;
- Heterogeneidade natural do solo;
- Fatores, internos e externos, que interferem na interação solo-estaca.
Neste contexto são abordados dois métodos – muito difundidos no
Brasil: o Método Aoki e Velloso (1975) – estendido por Veloso em 1991 – e o
Método de Décourt e Quaresma (1978), também aprimorado posteriormente (1982,
1987, 1991, 1993, 1994 e 1995). Ambos os métodos apresentam modelos
conceituais semelhante, divergindo basicamente na definição e estimativa das
resistências qs e qp, como será observado a seguir (GIUGLIANI, 2006).
37
7.3.1 Método Aoki e Velloso
Neste método, as resistências qs e qp são definidas da seguinte
forma:
Qu = Qs + Qp
onde:
Qu
→ capacidade de carga de ruptura do elemento de fundação;
Qs
→ carga suportada pelo atrito lateral da estaca com o solo;
Qp
→ carga suportada pela ponta da estaca.
e ainda:
Qu = Qs + Qp
Qu = qs.As + qp.Ap
Qu = qs.U.∑∆L + qp.Ap
onde:
qs
→ resistência limite de cisalhamento ao longo do fuste da estaca;
As
→ área lateral do fuste da estaca;
U
→ perímetro do fuste da estaca;
∑∆L
→ somatória de trechos do fuste da estaca (L=∑∆L→comprimento da
qp
→ resistência de ponta da estaca
Ap
→ área da ponta da estaca.
estaca)
onde:
K e α coeficientes que dependem do tipo de solo e que estabelecem
a correlação entre o ensaio de CPT e o SPT, indicados na Quadro 3, onde α,
especificamente, relaciona a resistência de ponta com a resistência lateral.
38
Quadro 02: Valores F1 e F2 em função do tipo de estaca
Tipo de Estaca
F1
F2
Pré-moldadas
1,75
3,50
Metálicas
1,75
3,50
Franki
2,50
5,00
Escavadas*
3,50
7,00
* F1 e F2 de acordo com Aoki, Veloso e Salomani (1978)
Fonte: GIUGLIANI, 2006
Quadro 03: Valores de K e α em função do tipo de solo
Tipo de Solo
K (kN/m2)
α (%)
Areia
100
1,40
Areia siltosa
80
2,00
Areia silto argilosa
70
2,40
Areia argilosa
60
3,00
Areia argilo siltosa
50
2,80
Silte arenoso
55
2,20
Silte areno argiloso
45
2,80
Silte
40
3,00
Silte argilo arenoso
25
3,00
Silte argiloso
23
3,40
Argila arenosa
35
2,40
Argila silto arenosa
33
3,00
Argila areno siltosa
30
2,80
Argila siltosa
22
4,00
Argila
20
6,00
Fonte: GIUGLIANI, 2006
A utilização deste método, em que pese sua difusão e aceitação por parte do
projetista de fundações, apresenta dificuldade para a sua correta aplicação devido à
39
necessidade da perfeita caracterização do tipo de solo envolvido, o que é quase
impossível de ser obtido (GIUGLIANI, 2006).
7.3.2 Método de Décourt e Quaresma
Quando este método foi apresentado, em 1978, estava baseado nos
valores obtidos diretamente do ensaio de investigação SPT (Nspt) e a partir do
conceito de uma estaca padrão. Posteriormente, após vários aprimoramentos, foi
adequado para outros tipos de estaca e à ensaios de SPT-T, através do conceito de
Neq (Nspt equivalente).
Assim, nas expressões utilizadas para avaliação da capacidade de
carga do solo, podem ser utilizados os valores de Nspt obtidos diretamente do ensaio,
bem como os correspondentes ao ensaio SPT-T, onde considerando que o valor do
torque T (kgf.m), temos:
Neq = T / 1,20
e que a capacidade de carga da estaca é dada por:
Qu = Qp + Qs
Qu = qp.Ap + qs.As
Sendo que a resistência de ruptura de ponta é dada por:
Qp = K. Nspt
onde o valor de K, definido pela Tabela 3, relaciona a resistência de ponta com o
Nspt, sendo Nspt a média entre o SPT na profundidade de ponta da estaca, o valor
imediatamente acima e o imediatamente abaixo.
O valor da resistência lateral é dado pela expressão:
Qs = 10.(Nspt /3 +1) em kN/m2
40
Quadro 04: Valores de K em função do tipo de solo
Tipo de Solo
K (kN/m2)
Areia
400
Silte arenoso (solo residual)
250
Silte argiloso (solo residual)
200
Argila
120
Fonte: GIUGLIANI, (2006)
Este método foi posteriormente, estendido para outros tipos de
estacas também muito utilizadas e mais recentemente difundidas, não indicadas
inicialmente.
Para tanto, são considerados os parâmetros α e β a seguir
relacionados (Tabela 4). Estes valores de majoração ou de minoração,
respectivamente para a resistência de ponta e para a resistência lateral.
Neste caso a expressão geral para determinação de carga de
ruptura da estaca é dada por:
Qu = α.qp.Ap + β.qs.As
ou ainda,
Qu = α.K.Nspt p.Ap + 10.β. ∑[(Nspt s/3 = 1).As] em kN/m2
onde:
Nspt p →
Nspt na ponta da estaca
Nspt s →
Nspt ao logo do fuste da estaca
41
Quadro 05: Valores de α e β em função do tipo de estaca e de solo
Estaca
Escavada
(em geral)
Solo
Cravada
(est.
padrão)
Α
Β
Α
Argilas
1,00+
1,00+
Solos**
1,00+
Areias
1,00+
+
*
**
Hélice
Contínua
Raiz
β
Escavada
(c
bentonita)
α
β
Α
β
α
β
Injetada
(alta
pressão)
α
β
0,85
0,80
0,85
0,90*
0,30*
1,00*
0,85*
1,50*
1,00*
3,00*
1,00+
0,60
0,65
0,60
0,75*
0,30*
1,00*
0,60*
1,59*
1,00*
3,00*
1,00+
0,50
0,50
0,50
0,60*
0,30*
1,00*
0,50*
1,50*
1,00*
3,00*
valores para o qual a correlação inicial foi desenvolvida
valores apenas indicativos diante do reduzido número de dados disponíveis
solos intermediários
Fonte: GIUGLIANI, (2006)
8. DESCRIÇÃO E REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS DE CAMPO
8.1 Etapas Anteriores da Realização dos Ensaios de Campo
8.1.1 Definição do Local
O local foi escolhido após duas tentativas frustradas, sendo uma no
pátio da UDC aos fundos e posteriormente no Jardim Central sendo que nestes
locais foram encontradas rochas aos três metros de profundidade, tornado-se
inviável a realização do trabalho.
Assim sendo, optou-se por um local de terreno mais alto e que
proporcionasse condições adequadas para a realização do trabalho acesso fácil e
que houvesse local para guarda de material, ferramental e equipamentos necessário
ao desenvolvimento dos trabalhos;
Figura 08: Local de realização
43
8.1.2 Programação e Realização da Sondagem de SPT
Foi programada e realizada a execução de dois furos de sondagem
de modo a conhecer o perfil e as características básicas dos solos;
Figura 09: Realização da sondagem
8.1.3 Ensaio de Granulometria do Solo
Com a amostra de solo retirado a cada metro, quando da realização
da sondagem STP, foi possível realizar o ensaio de granulometria para se obter a
curva granulométrica;
44
Figura 10: Pesando solo para ensaio
Figura 11: Ensaio granulométrico
8.1.4 Preparação da Armadura
Corte e amarração de 4 (quatro) armaduras para as estacas de
reação, contendo 6 (seis) barras longitudinais com 9,00m de comprimento e 10mm
de diâmetro, estribos contínuos a cada 0,15m com 5mm de diâmetro.
Corte e amarração de 3 (três) armadura para estacas a ser
ensaiadas, contendo 6 (seis) barras longitudinais de 2,00m de comprimento e com
8mm de diâmetro, estribos contínuos a cada 0,15m, com 5mm de diâmetro;
Figura 12: Preparação de armadura
Figura 13: Armadura da estação de reação
45
8.1.5 Perfuração das Estacas
A perfuração das estacas se deu em duas etapas:
a) Primeiro a perfuração das estacas para reação que foram executadas pelo
equipamento de estacas STRAUS com diâmetro de 0,25m, composto de um guincho
mecânico, de no mínimo 1 t, alavanca para acionamento, freio e cabo de aço; Motor
a explosão ou elétrico, acoplado ao guincho por meio de correias; Chassi de
madeira reforçado para suportar a conjunto guincho-motor; Tripé; Torre ou cavalete
metálico com carretilha de aço no topo; Guincho manual com engrenagem própria
para redução da velocidade; Com soquete e sonda para retirada do solo;
b) Segundo as perfurações das estacas a serem ensaiadas, foram executadas por
meio de trado manual com diâmetro de 0,25m, acompanhada com haste de
prolongamento para atingir até 8 m.
Figura 14: Vista do equipamento Strauss
Figura 15: Detalhe sonda do equipamento
46
Figura 16: Perfuração manual da estaca
8.1.6 Execução da Concretagem
Assim como a perfuração dos buracos a concretagem também foi
realizada em duas etapas, obedecendo a conclusão de execução dos buracos das
estacas de reação, bem como das estacas a serem ensaiadas. Ambas com concreto
com a mesma característica, utilizando o Cimento ARI (Alta Resistência Inicial),
executado no local com fck de 20MPa e fator água cimento 0,5, Slump Teste médio
de 7cm e moldagem de corpo de provas tanto para as estacas de reação bem como
para as estacas a serm ensaiadas.
Figura 17: Moldagem de corpo de prova
Figura 18: Slump-test do concreto
47
Figura 19: Corpos de prova
Figura 20: Estaca de reação concretada
Figura 21: Estacas em séries
Figura 22: Estaca a ser ensaiada
8.1.7 Cálculo da Capacidade de Carga das Estacas
Os valores de SPT utilizado para definir o SPT-médio para fins de
cálculo das cargas, foram do 2º ao 7ª metro uma vez que a profundidade da estaca
iniciou-se a partir dos 0,70m da superfície do solo, conforme laudo de sondagem,
anexo.
O objetivo do trabalho foi avaliar o atrito lateral de estacas
escavadas, portanto nos cálculos abaixo a parcela referente ao atrito da ponta foi
desconsiderada.
48
8.1.7.1 Método Aoki e Veloso
a) Estaca 01
- Carga admissível da estaca
P = Pl + Pp
P = Pl
Pl = U.∑∆L . α .K . NSTP
6
Pl = 0,25 . 3,14 . 6 . 0,06 . 20 . 5,67
6
P = 5,34 tf
- Carga de ruptura da estaca
Prup = P
Prup = 5,34 tf
- Carga de serviço da estaca
Pserv = Prup / 2
Pserv = 5,34 /2
Pserv = 2,67 tf
b) Estaca 02
- Carga admissível da estaca
P = Pl + Pp
P = Pl
Pl = U.∑∆L . α .K . NSTP
6
Pl = 0,25 . 3,14 . 6 . 0,06 . 20 . 6,00
6
49
P = 5,65 tf
- Carga de ruptura da estaca
Prup = P
Prup = 5,65 tf
- Carga de serviço da estaca
Pserv = Prup / 2
Pserv = 5,65 / 2
Pserv = 2,83 tf
c) Estaca 03
- Carga admissível da estaca
P = Pl + Pp
P = Pl
Pl = U.∑∆L . α .K . NSTP
6
Pl = 0,25 . 3,14 . 6 . 0,06 . 20 . 6,33
6
P = 5,96 tf
- Carga de ruptura da estaca
Prup = P
Prup = 5,96 tf
- Carga de serviço da estaca
Pserv = Prup / 2
Pserv = 5,96 / 2
Pserv = 2,98 tf
50
8.1.7.2 Método Décourt e Quaresma
a) Estaca 01
- Carga admissível da estaca
P = Pp + Pal
Pal = ( Nspt médio/3 + 1) x Alat
Pal = (5,67 / 3 + 1) x 3,14 x 0,25 x 6
Pal = 13,62 tf
- Carga de ruptura da estaca
Prup = Pal
Prup = 13,62 tf
-Carga de serviço da estaca
Pserv = Prup / 2
Pserv = 13,62 / 2
Pserv = 6,81 tf
b) Estaca 02
- Carga admissível da estaca
P = Pp + Pal
Pal = ( Nspt médio/3 + 1) x Alat
Pal = (6,00 / 3 + 1 ) x 3,14 x 0,25 x 6
Pal = 14,14 tf
- Carga de ruptura da estaca
Prup = Pal
Prup = 14,14 tf
- Carga de serviço da estaca
Pserv = Prup / 2
Pserv = 14,14 / 2
Pserv = 7,07 tf
51
c) Estaca 03
- Carga admissível da estaca
P = Pp + Pal
Pal = ( Nspt médio/3 + 1) x Alat
Pal = (6,33 / 3 + 1 ) x 3,14 x 0,25 x 6
Pal = 14,66 tf
- Carga de ruptura da estaca
Prup = Pal
Prup = 14,66 tf
- Carga de serviço da estaca
Pserv = Prup/2
Pserv = 14,66 / 2
Pserv = 7,33 tf
8.1.7.3 Resultados dos Cálculos
Quadro 06: Cargas oriundas de cálculo
MÉTODOS DE CÁLCULO
Método Aóki e Velloso
Método Décourt e Quaresma
CARGA
ESTACA 1
ESTACA 2
ESTACA 3
Admissível
5,3 tf
5,6 tf
6 tf
Ruptura
5,3 tf
5,6 tf
6 tf
Serviço
2,7 tf
2,8 tf
3 tf
Admissível
13,6 tf
14,1 tf
14,7 tf
Ruptura
13,6 tf
14,1 tf
14,7 tf
Serviço
6,8 tf
7,1 tf
7,3 tf
52
8.1.7.4 Comparativo da capacidade de carga calculada de ruptura das estacas
13,6
16,0
14,1
14,7
14,0
12,0
10,0
8,0
5,3
5,7
6,0
6,0
4,0
2,0
0,0
Estaca 1
Estaca 2
Método Aóki e Velloso
Estaca 3
Método Décourt e Quaresma
8.1.7.5 Comparativo da capacidade de carga calculada de serviço das estacas
6,8
8,0
7,1
7,3
7,0
6,0
5,0
4,0
2,7
2,8
3,0
3,0
2,0
1,0
0,0
Estaca 1
Estaca 2
Método Aóki e Velloso
Estaca 3
Método Décourt e Quaresma
53
8.2 Descrição dos Ensaios de Campo
Foram realizadas provas de carga três estacas escavadas com
6,00m de profundidade e 0,25m de diâmetro, com armadura de 2,00m na parte
superior, composta de 6 (seis) barras longitudinais de 8mm de diâmetro e estribo
contínuo de diâmetro de 5mm a cada 0,15m. Estes ensaios foram realizados no
mesmo dia.
As estacas que foram ensaiadas com um sistema de reação
composto de duas estacas laterais com profundidade de 9,00m e diâmetro 0,25m,
com tirante na parte superior da estaca, mais uma viga metálica. Sendo estas,
estacas composta de armadura longitudinal de 6 barras de 10mm de diâmetro e
estribo contínuo de diâmetro de 5mm a cada 0,15m em toda sua extensão.
A execução dos furos e da concretagem se deu em dois momentos
distintos. Primeiro a perfuração e concretagem das estacas de reação em seguida a
s das estacas a serem ensaiadas
Após a cura do concreto, procedeu-se a preparação da superfície
da estaca a ser ensaiada para a instalação do macaco hidráulico. Preparação da
haste que permitirá verificar o recalque da estaca através de um relógio
comparador. Instalação da viga metálica, a qual permitirá que o macaco hidráulico
fique confinado entre esta e o topo da estaca permitindo desta forma que a esta seja
submetida à carga.
A partir deste momento iniciam-se de fato os ensaios, o qual será
acompanhado a cada instante de tal forma que se registre a carga e o conseqüente
deslocamento quando houver acompanhando e anotando o comportamento do
sistema.
54
Figura 23: Macaco hidráulico
Figura 24: Estaca sendo ensaiada
Figura 25: Relógio comparador
Figura 26: Detalhe da estaca recalcada
9. RESULTADOS OBTIDOS COM ENSAIOS
9.1 Tabulação dos Resultados
Trata-se de informações obtidas em ensaios de campo através de
leituras realizadas em um manômetro instalado junto ao macaco hidráulico,
relacionando estes com a deformação da estaca obtida junto ao relógio comparador.
9.1.1 Resultados Obtidos nos Ensaios
Quadro 07: Cargas em as estacas foram submetidas versos deformação
ESTACA
CARGA EM QUE AS ESTACAS FORAM SUBMETIDAS (TF)
14
01 (Def. em mm)
15
16
17
18
1
19
20
1
02 (Def. em mm)
03 (Def. em mm)
1
21
22
23
24
25
26
2
10
15
22
29
35
1
2
2
4
15
27
40
1
2
2
3
4
15
30
27
28
45
Conforme TERZAGHI é admitido um recalque igual a 10% do
diâmetro, neste caso valores acima de 01 polegada, a partir deste valor à estrutura
não absorveria as deformações gerando fissuração intensa.
9.1.2 Resultados Obtidos Após a Correção
Tendo em vista que a execução da prova de carga foi executada
com carregamento rápido, há necessidade de submeter os resultados das mesmas a
um coeficiente de redução na ordem de 15%. Valor aplicado para correção em
corpos de prova de concreto ensaiados à compressão simples.
56
Conforme NBR 6122/96 o coeficiente de segurança para cargas
ensaiadas poderá ser de no mínimo 1,5, assim sendo conforme ensaios realizados
as cargas de ruptura e de serviço das estacas estudadas, será conforme quadro
abaixo:
Quadro 08: Cargas de ruptura e de serviço ensaiadas
CARGA
ESTACA 1
Ensaiada
ESTACA 2
Corrigida
Ensaiada
ESTACA 3
Corrigida
Ensaiada
Corrigida
Admissível
24,8
21,1
24,0
20,4
26,0
22,1
Ruptura
24,8
21,1
24,0
20,4
26,0
22,1
Serviço
16,5
14,1
16,0
13,6
17,3
14,7
9.2 Análise dos Resultados
9.2.1 Comparação das Cargas de Ruptura das Estacas Calculadas e Ensaiadas
20,0
22,1
20,4
21,1
25,0
13,6
14,1
14,7
15,0
10,0
5,3
5,7
6,0
5,0
0,0
Estaca 1
Método Aóki e Velloso
Estaca 2
Estaca 3
Método Décourt e Quaresma
Ensaiadas
57
9.2.2 Comparação das Cargas de Serviço das Estacas Calculadas e Ensaiadas
14,7
13,6
14,1
16,0
14,0
12,0
6,8
10,0
7,1
7,3
8,0
6,0
2,7
2,8
3,0
4,0
2,0
0,0
Estaca 1
Método Aóki e Velloso
Estaca 2
Estaca 3
Método Décourt e Quaresma
Ensaiadas
9.3 Discussão dos Resultados e Procedimentos
Antes da realização dos ensaios de campo havia uma expectativa
quantos aos resultados que seriam obtidos. Sabia-se que os valores seriam
superiores aos teóricos, porém sem uma noção aproximada dos valores.
Os resultados confirmaram as expectativas ficando em média 100%
maiores que os valores obtidos pelo Método Décourt e Quaresma e 400% maiores
que os valores obtidos pelo Método Aoki e Velloso.
58
9.3.1 Comparação das Cargas Médias de Cálculo e Ensaiadas
14,1
16,0
14,0
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
7,1
2,8
Média
Método Aóki
Método Décourt
Ensaiadas
10. CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS
10.1 Considerações Finais
Por ser este um dos primeiros estudos experimentais de fundações
com prova de cargas em solos da região, foram encontradas dificuldades no seu
desenvolvimento. Dificuldades estas, como: avaria no equipamento de estaca
Strauss, no macaco hidráulico (com capacidade para 20 toneladas) com o qual não
foi possível realizar os ensaios, bem como ocorrência de falhas na execução,
ficando a superfície superior da estaca abaixo do nível do solo, dificultando a
realização dos ensaios (leitura no relógio comparador), porém com dedicação e
empenho dos envolvidos foi possível ultrapassa-las.
Com o presente trabalho constatou-se que os métodos semiempíricos, apesar de serem largamente utilizados no Brasil, são, no entanto, muito
conservadores, uma vez que os resultados obtidos no decorrer dos ensaios foram
muito superiores as cargas obtidas através dos cálculos, sendo cerca de 400% e
100%, superiores aos realizadas pelos Métodos de Aoki e Velloso e Décourt e
Quaresma, respectivamente.
Os dados fornecidos pelo presente experimento poderão contribuir
aumentando os conhecimentos dos profissionais da área de fundações.
O
conhecimento
adquirido
neste
período
melhorará
excepcionalmente a visão e a capacitação técnica dos envolvidos, bem como abrirá
novos caminhos para futuras pesquisas em fundações profundas nos solos da
região.
60
10.2 Sugestões Para Futuras Pesquisas
a) Pesquisar estacas escavadas no que diz respeito resistência por atrito lateral
variando profundidade, bem como diâmetro;
a) Pesquisar estacas escavadas considerando atrito lateral e de ponta, inclusive
dando tratamento especial a ponta (base alargada, apiloada, bucha strauss e
outros).
b) Utilizar o ensaio de torquimetria para obter o atrito lateral e compara-lo com
os demais resultados.
11. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e
execução de fundações: Procedimento. Rio de Janeiro, 1996.
2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6484: Sondagens
de simples reconhecimento com SPT – Método e ensaio: Procedimento. Rio de
Janeiro, 2001.
3. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6502: Rochas e
solos: Terminologia. Rio de Janeiro, 1995.
4. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8036: Programação
de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios:
Procedimentos. Rio de Janeiro, 1983.
5. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12131: Estacas Prova de carga estática: Procedimentos. Rio de Janeiro, 1992.
6. ALONZO, Urbano Rodriguez. Dimensionamento de Fundações Profundas.
São Paulo. Edgard Blücher Ltda. 1989.
7. ALONZO, Urbano Rodriguez. Exercícios de Fundações. São Paulo. Edgard
Blücher Ltda. 1983.
8. ALONZO, Urbano Rodriguez. Previsão e Controle das Fundações. São Paulo.
Edgard Blücher Ltda. 1991.
9. AVIZ, Luciana Barros de Miranda. Estimativa de Capacidade de Carga de
Estaca Por Método Semi-empíricos e Teóricos. 2006.
10. BELINCANTA, Antonio. Uma abordagem Geral Sobre Fundações Profundas
de Uso Corrente na Região de Maringá. 2004
62
11. BRANCO, Carlos José da Costa. Prova de Carga Dinâmica em Estacas
Escavadas de Pequeno Diâmetro com Posta Modificada. 2002.
12. CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações. 6ª ed. Rio de
Janeiro. Livros Técnicos e Científicos Editora S/A. 2003.
13. GIUGLIANI,
Eduardo.
FUNDAÇÕES
PROFUNDAS
–
Estimativa
de
Capacidade de Carga Admissível. 2006.
14. PINI. Fundações – Teoria e Prática. 2ª ed. São Paulo. Pini Ltda. 1998.
15. PINTO, Carlos de Souza. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 2ª ed. São
Paulo. Oficina de Textos. 2002.