UNIVERSIDADE ANHEMBI MORUMBI
CAMILA DE CASTRO JACINAVICIUS
POLYANA MAGALHÃES MAIRENE BUMRAD
ANÁLISE DE DESEMPENHO E INTEGRIDADE
DE ESTACAS ESCAVADAS
SÃO PAULO
2011
2
CAMILA DE CASTRO JACINAVICIUS
POLYANA MAGALHÃES MAIRENE BUMRAD
ANÁLISE DE DESEMPENHO E INTEGRIDADE
DE ESTACAS ESCAVADAS
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como exigência parcial
para a obtenção do título de Graduação
do Curso de Engenharia Civil da
Universidade Anhembi Morumbi
Orientador: Professora Dra. Gisleine Coelho de Campos
SÃO PAULO
2011
3
CAMILA DE CASTRO JACINAVICIUS
POLYANA MAGALHÃES MAIRENE BUMRAD
ANÁLISE DE DESEMPENHO E INTEGRIDADE
DE ESTACAS ESCAVADAS
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado como exigência parcial
para a obtenção do título de Graduação
do Curso de Engenharia Civil da
Universidade Anhembi Morumbi
Trabalho____________ em: ____ de_______________de 2011.
______________________________________________
Professora Dra. Gisleine Coelho de Campos
______________________________________________
Professor Msc Ilan Davidson Gotlieb
Comentários:_________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
___________________________________________________________________
4
A Deus que me iluminou, me guiou e esteve sempre presente.
Aos meus pais que estruturam minha vida.
Aos amigos e familiares, pelo encorajamento, apoio e compreensão pelos momentos
de ausência.
C.C.J.
A Deus, que me permitiu chegar até aqui e me deu forças em todos os momentos
difíceis.
A minha mãe amada pelos ensinamentos, amor infinito, carinho e dedicação.
Ao meu esposo Leonardo pelo apoio, carinho e compreensão incondicionais.
Aos familiares, amigos e todos aqueles que contribuíram de alguma forma para a
realização desse trabalho.
P.M.M.B.
5
AGRADECIMENTOS
Agradecemos imensamente a Prof.ª Gisleine pela dedicação, paciência, atenção
dispensada durante o desenvolvimento do trabalho, orientações e ensinamentos que
contribuíram significativamente na qualidade do material desenvolvido.
Ao Prof.° Wilson por todo auxílio e sugestões que foram fundamentais.
Ao Prof.° Ilan pelas análises e críticas que nos permitiram aprimorar o trabalho e
ampliar o nosso conhecimento.
Às empresas PDI e Novata pela atenção e pelos materiais fornecidos. Em especial
ao Eng° Celso da empresa Zaclis Falconi pela gentileza em nos permitir
acompanhar um ensaio em obra e pelos ensinamentos transmitidos. Aos técnicos do
IPT Luís e Vicente pelo tempo dispensado e paciência na demonstração dos
equipamentos e procedimentos dos ensaios.
Ao Eng. Dr. Alexsander Kormann da empresa Fugro In Situ, pelo fornecimento do
material sobre o Parque Eólico de Osório e pela permissão em usá-lo no nosso
estudo de caso.
6
RESUMO
Os prazos de conclusão de obras estão reduzidos e a mão de obra especializada
deficiente e escassa. Essa conjunção de fatores pode acarretar em erros e/ou
controle executivo inadequado, comprometendo o desempenho da obra. Logo, a
verificação da integridade e desempenho das estacas escavadas é indispensável,
principalmente por se tratar de elementos de difícil verificação visual e, por isso,
constitui o tema do presente trabalho. Neste contexto, o ensaio PIT tem a função de
analisar a integridade das estacas através da propagação de ondas provocadas por
um golpe de martelo em seu topo, onde as reflexões provocadas por singularidades
são captadas por sensores e visualizadas por um gráfico que relaciona velocidade
ao longo do comprimento. Para a análise de capacidade de carga a NBR 6122 exige
a execução de provas de carga estática e ensaios de carregamento dinâmico. O
primeiro consiste em aplicar esforços estáticos crescentes nas estacas para avaliar o
comportamento com o solo e verificar seu desempenho com relação à ruptura e
recalques, enquanto o segundo também se baseia na teoria da propagação da onda,
com o objetivo principal de obter a capacidade de carga das estacas, sendo
realizado por meio da aplicação de uma força de impacto no topo da mesma com o
auxílio de um bate estaca ou sistema similar e, com uma instrumentação adequada
é possível verificar o comportamento da interação solo-estaca. Complementa-se a
pesquisa desenvolvida neste trabalho de conclusão de curso com um estudo de
caso de estacas escavadas utilizadas como fundação dos aerogeradores do Parque
Eólico de Osório, localizado no Rio Grande do Sul.
Palavras Chave: ESTACAS, ENSAIO PIT, ENSAIO DE CARREGAMENTO
DINÂMICO E PROVA DE CARGA ESTÁTICA.
7
ABSTRACT
The deadlines for completion of work are reduced and skilled labor scarce and poor.
This combination of factors can lead to errors and executive inadequate control,
compromising the performance of the work. Therefore, verifying the integrity and
performance of piles excavated is essential, especially because it is difficult to verify
visual elements and, therefore, is subject of the present study. In this context, the Pile
Integrity Tester has the function to analyze the integrity of the piles through the
propagation of waves caused by a hammer blow on top, where the reflections caused
by singularities are captured by sensors and displayed by a graphic that relates the
speed along the length. For the static load testing to NBR 6122 requires proof of the
execution of static and dynamic loading tests. The first is to apply static efforts in
growing piles to assess the behavior with the soil and check its performance in
relation to break and settlements, while the second is also based on the theory of
wave propagation, with the main objective is to get the ability to load of poles, being
conducted through the application of an impact force on top of it with the help of a
pile driver or similar, and with an appropriate instrumentation is possible to verify the
behavior of soil-pile interaction. Complemented the research developed in this work
of course completion with a case study of excavated piles used as the foundation of
the wind turbine Wind Farm Osorio, located in Rio Grande do Sul.
KeyWorlds:PILES, PIT TESTING,TESTING CHARGING DYNAMIC, STATICLOAD
TESTING.
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 2-1: Equipamento para ensaio de sondagem à percussão ............................ 23
Figura 2-2: Esquema de perfuração do amostrador padrão no ensaio de SPT ........ 23
Figura 2-3: Perfil de sondagem SPT ......................................................................... 25
Figura 2-4: Equipamento de reboque – Ensaio CPT ................................................. 26
Figura 2-5: Relatório do ensaio CPT ......................................................................... 27
Figura 2-6: Equipamento para ensaio de Palheta ..................................................... 28
Figura 2-7: Curva de torque-rotação em ensaio de palheta ...................................... 29
Figura 2-8: Medição de repique em estaca de concreto ........................................... 33
Figura 2-9: Esquema de execução da estaca broca manual e ilustração do trado ... 36
Figura 2-10: Modelo de boletim para controle executivo de estacas escavadas
mecanicamente .................................................................................................. 38
Figura 2-11: Posicionamento da hélice – estaca Hélice Contínua ............................ 40
Figura 2-12: Retirada da hélice e posicionamento da armação ................................ 40
Figura 2-13: Relatório para estaca tipo hélice contínua ............................................ 41
Figura 2-14: Equipamentos para execução de estacas escavadas com auxílio de
lama bentonítica ................................................................................................. 43
Figura 2-15: Processo executivo das estacas escavadas com auxílio de lama
bentonítica.......................................................................................................... 44
Figura 2-16: Sequência executiva da estaca Strauss ............................................... 47
Figura 2-17: Sequência executiva da estaca Franki .................................................. 49
Figura 2-18: Sequência executiva da estaca Raiz .................................................... 51
Figura 2-19: Sequência executiva da micro-estaca................................................... 52
Figura 2-20: Detalhe do obturador de injeção ........................................................... 52
Figura 3-1: Etapas para o bom desempenho das fundações .................................... 54
Figura 3-2: Aceleração das partículas após a aplicação da força de impacto ........... 58
Figura 3-3: Equipamentos necessários para a realização do Ensaio de
Carregamento Dinâmico .................................................................................... 59
Figura 3-4: Ensaio de carregamento dinâmico .......................................................... 59
Figura 3-5: Detalhe do transdutor e acelerômetro ..................................................... 60
Figura 3-6: Equipamento PDA................................................................................... 60
Figura 3-7: Fixação de transdutores.......................................................................... 62
9
Figura 3-8: Sinal típico obtido em campo .................................................................. 63
Figura 3-9: Modelo de análise CAPWAPC® ............................................................. 64
Figura 3-10: Equipamento para o ensaio PIT ............................................................ 65
Figura 3-11: Croqui do nicho para execução do ensaio em estacas com bloco de
coroamento ........................................................................................................ 66
Figura 3-12: Foto do nicho para execução do ensaio em estacas com bloco de
coroamento ........................................................................................................ 67
Figura 3-13: Princípio da reflexão de ondas .............................................................. 68
Figura 3-14: Simulação de resultado para estaca com alargamento de seção ......... 69
Figura 3-15: Exemplos da representação dos sinais de velocidade.......................... 70
Figura 3-16: Superfície da estaca preparada para o ensaio ..................................... 71
Figura 3-17: Curvas carga x recalque para carregamento lento e rápido ................. 74
Figura 3-18: Macaco hidráulico e extensômetros ...................................................... 75
Figura 3-19: Sistema de reação por cargueira .......................................................... 75
Figura 3-20: Esquema de montagem para ensaio com estruturas apoiadas por
tirantes ............................................................................................................... 76
Figura 3-21: Ensaio com estruturas apoiadas por tirantes ........................................ 77
Figura 3-22: Exemplo de curva “carga x recalque” .................................................... 78
Figura 5-1: Aerogeradores do Parque Eólico de Osório ............................................ 82
Figura 5-2: Localização do Parque Eólico de Osório /RS ......................................... 83
Figura 5-3: Perfil Geotécnico – Parque Eólico de Osório .......................................... 84
Figura 5-4: Execução da base dos aerogeradores .................................................... 86
Figura 5-5: Ensaio PIT – Distribuição dos comportamentos verificados ................... 87
Figura 5-6: Ensaio PIT – Sinais típicos observados .................................................. 89
Figura 5-7: Curva Carga x Energia transferida .......................................................... 91
Figura 5-8: Prova de carga estática à compressão em estacas hélice contínua –
curva carga aplicada versus deslocamento. ...................................................... 92
Figura 5-9: Prova de carga estática à tração em estacas hélice contínua – curva
carga aplicada versus deslocamento. ................................................................ 93
Figura 5-10: Prova de carga estática com carregamento horizontal em estacas
hélice contínua – curva carga aplicada versus deslocamento. .......................... 94
10
LISTA DE TABELAS
Tabela 2-1: Classificação dos Solos através do SPT ................................................ 24
Tabela 3-1: Quantidade de provas de carga ............................................................. 80
Tabela 5-1: Quadro resumo – Carregamento Dinâmico em estacas Hélice
Contínua............................................................................................................. 90
11
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT
Associação Brasileira de Normas Técnicas
NBR
Norma Brasileira
PIT
Pile Integriy Tester
CPT
Ensaio de Penetração de Cone
SPT
Standard Penetration Test
PDA
Pile Driving Anayzer
IPT
Instituto de Pesquisas Tecnológicas
12
LISTA DE SÍMBOLOS
Nspt
Índice de resistência à penetração – Ensaio SPT
qc
Resistência de ponta para o ensaio de cone - CPT
fs
Atrito lateral – Ensaio CPT
qc
Resistência de ponta
Rf
Resistência total – Ensaio CPT
Su
Resistência não drenada – Ensaio Palheta
Sur
Resistência não drenada amolgada – Ensaio Palheta
Fck
Resistência característica do concreto à compressão
CP
Aço para concreto protendido
RN
Fios para Protensão Aliviados
∆t
Intervalo de tempo
∆x
Comprimento do segmento
∆u
Deslocamento
F
Força
c
Velocidade
Z
Impedância
E
Módulo de Elasticidade
Ρ
Densidade
L
Comprimento
RMX
Resistência mobilizada pelo golpe do martelo
EMX
Energia transferida à estaca
DMX
Deslocamento máximo ocorrido pelo golpe do martelo
13
SUMÁRIO
p.
1
INTRODUÇÃO ................................................................................................... 15
1.1
Objetivos ....................................................................................................... 16
1.1.1 Objetivo Geral ............................................................................................. 16
1.1.2 Objetivo Específico ..................................................................................... 17
1.2
Justificativas ................................................................................................. 17
1.3
Abrangência .................................................................................................. 18
1.4
Estrutura do Trabalho .................................................................................. 18
2
FUNDAÇÕES .................................................................................................... 20
2.1
Definições ..................................................................................................... 20
2.2
Investigações geológicas e geotécnicas para projetos de fundações .... 21
2.2.1 Ensaio SPT ................................................................................................. 21
2.2.2 Ensaio CPT ................................................................................................. 26
2.2.3 Ensaio de Palheta ....................................................................................... 28
2.3
Tipos de fundações ...................................................................................... 29
2.4
Fundações profundas em estacas .............................................................. 31
2.4.1 Estacas Pré-moldadas ................................................................................ 31
2.4.2 Estacas Escavadas ou Moldadas in loco .................................................... 35
3
CONTROLE PÓS-EXECUTIVO DAS ESTACAS ESCAVADAS ....................... 54
3.1
Métodos de análise....................................................................................... 55
3.1.1 Ensaio de carregamento dinâmico .............................................................. 57
3.1.2 Ensaio PIT .................................................................................................. 65
3.1.3 Prova de carga estática .............................................................................. 73
4
MÉTODO DE TRABALHO ................................................................................ 81
5
ESTUDO DE CASO ........................................................................................... 82
14
5.1
Localização ................................................................................................... 82
5.2
Características geológico-geotécnicas ...................................................... 83
5.3
Definições do projeto ................................................................................... 85
5.4
Métodos de controle utilizados durante a execução ................................. 86
5.5
Ensaios pós-executivos realizados ............................................................ 87
5.6
Resultados obtidos ...................................................................................... 87
5.6.1 Ensaio de integridade PIT ........................................................................... 87
5.6.2 Ensaio de Carregamento Dinâmico ............................................................ 90
5.6.3 Prova de Carga Estática ............................................................................. 91
6
ANÁLISE DOS RESULTADOS ......................................................................... 95
7
CONCLUSÕES .................................................................................................. 99
8
RECOMENDAÇÕES........................................................................................ 101
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 102
APÊNDICE A .......................................................................................................... 106
TABELA RESUMO DE ESTACAS ESCAVADAS ................................................ 1067
15
1
INTRODUÇÃO
O aquecimento da economia brasileira impactou de forma direta a construção civil. O
crescimento do setor no Brasil em 2011 será de 11% e o crescimento registrado em
2010 superou as projeções mais otimistas traçadas no final de 2009 (CASTELO,
2010 apud BARROS, 2010). Com o cenário econômico nacional favorável, os
consumidores estão mais confiantes para adquirir um imóvel através de
financiamentos, tornando o setor imobiliário um grande colaborador para esse
resultado positivo. Outros setores como as obras de arte corrente, de infraestrutura,
indústria e comércio também acompanham o crescimento, contribuindo fortemente
com esse quadro econômico.
Com a diversidade de tipos de construções e a necessidade de acompanhar essa
oportunidade de mercado, as construtoras acabam entrando numa corrida
desenfreada para atender essa demanda, onde os prazos de execução acabam
sendo cada vez mais reduzidos e a mão de obra especializada mais escassa.
Na fase de concepção e planejamento da obra é, portanto, onde deve haver a
preocupação com todos os pontos críticos e as considerações a serem adotadas, o
que não engloba apenas os critérios de utilização e as necessidades arquitetônicas,
mas também todo o conjunto em estudo, que abrange desde a fundação até a
cobertura, o entorno da área, os impactos ambientais e, é claro, a otimização e
racionalização da obra.
Também é de suma importância uma execução correta e controlada, que atenda a
todos os requisitos de projeto, materiais de boa qualidade e um acompanhamento
após a execução, a fim de orientar o uso e também verificar a necessidade de
reparos preventivos ou corretivos, evitando problemas futuros.
A fundação é o item de projeto que suporta toda a carga estrutural da edificação e a
transmite ao terreno. Sendo assim, torna-se indispensável para a escolha da melhor
alternativa a análise de diversos elementos, como a topografia da área a ser
utilizada para a construção, o levantamento de dados geológicos e geotécnicos do
solo, a obtenção dos dados da estrutura a ser construída e das construções vizinhas
existentes.
16
Erros na escolha, no dimensionamento ou na execução das fundações podem
acarretar diversos problemas, com destaque para a necessidade de recuperação e
reforço da fundação, que muitas vezes ocorre após a ocupação do empreendimento,
ocasionando transtornos e até mesmo risco aos ocupantes, além dos altos custos,
chegando-se até a interdição do local, quando a sua recuperação é inviável.
Nesse contexto, é possível citar alguns casos onde fundações mal projetadas e ou
executadas ocasionaram problemas na construção, como a inclinação da torre de
Pisa, na Itália, e dos edifícios da orla de Santos, em São Paulo. Há casos mais
trágicos e com conseqüências desastrosas, como o analisado por pesquisadores da
Universidade Federal da Paraíba e Escola Politécnica da Universidade de
Pernambuco, onde o desabamento dos edifícios Giselle, Aquarela, Éricka e Enseada
de Cernambi, na região metropolitana de Pernambuco, entre os anos de 1977 e
2004, resultaram na morte de 30 pessoas e deixaram dezenas de feridos (ARAÚJO,
et al., 2006).
Portanto, torna-se importante controlar a execução das fundações, em especial a
executada por meio de estacas escavadas, para garantir a segurança e a
funcionalidade de uma edificação. Este trabalho aborda os métodos utilizados para a
análise de desempenho e integridade das estacas escavadas, através dos ensaios
PIT (Pile Integrity Tester), prova de carga estática e ensaio de carregamento
dinâmico. Um estudo de caso complementa o desenvolvimento do trabalho.
1.1
Objetivos
1.1.1
Objetivo Geral
Este trabalho tem por objetivo discutir as metodologias de controle e a importância
da análise do desempenho e da integridade de estacas escavadas após sua
execução, através dos ensaios PIT (Pile Integrity Tester), provas de carga estática e
ensaios de carregamento dinâmico.
17
1.1.2
Objetivo Específico
Discutir os métodos de ensaios disponíveis para o controle de desempenho das
estacas escavadas, visando compreender e analisar os resultados obtidos através
de inspeções e ensaios in loco em um caso real.
1.2
Justificativas
Com o crescimento da construção civil, principalmente a construção de edifícios
residenciais, tem-se observado em grandes metrópoles que as áreas disponíveis
para a instalação de novos edifícios têm sido cada vez mais reduzidas, com
construções próximas antigas, onde há a necessidade de utilização de fundações de
rápida execução que gerem pouco ou nenhum impacto na vizinhança e que sejam
adequadas às condições geológico-geotécnicas do local.
Nesse contexto, pode-se observar que as estacas escavadas vêm substituindo cada
vez mais as estacas cravadas, visto que a maioria delas minimiza problemas com as
edificações vizinhas tais como trepidação, barulho e até mesmo danos às fundações
e estruturas dessas construções.
Com todo esse crescimento da construção, os prazos de conclusão das obras estão
cada vez menores, o que pode acarretar erros e/ou controle executivo inadequado.
Além disso, a mão de obra especializada tem se mostrado deficiente e escassa,
induzindo que operadores inexperientes executem as fundações e demais serviços
sem capacitação técnica adequada. Esses erros podem acabar comprometendo o
desempenho futuro da obra.
Este fato é extremamente preocupante, pois no caso das estacas escavadas,
verificar sua integridade e desempenho após a execução não é uma tarefa simples,
principalmente por se tratar de uma estrutura enterrada onde a análise visual não é
possível.
Diante da dificuldade de análise após a execução e por ser uma etapa muito
importante e de grande responsabilidade, ensaios e análises tornam-se necessários
para verificar se as estacas estão íntegras e se desempenharão de forma satisfatória
as funções a que foram projetadas.
18
Cabe salientar que a existência de métodos de análise e desempenho após a
execução não isentam a responsabilidade e a necessidade do acompanhamento e
controle durante todo o processo executivo para garantir a qualidade do sistema,
pois os resultados dos ensaios apenas tem a finalidade de fornecer informações que
comprovem a segurança e funcionalidade das estacas. Ocorrendo resultados
insatisfatórios, medidas corretivas devem ser implantadas para corrigir o problema,
evitando que o mesmo se estenda e cause danos a outras partes da construção.
1.3
Abrangência
Este trabalho descreve os métodos, apresenta, analisa e discute os resultados de
ensaios para a análise de desempenho e integridade de estacas escavadas.
Para a análise de integridade o trabalho apresenta o ensaio PIT (Pile Integrity
Tester) e para a análise de desempenho as provas de carga estática e os ensaios
de carregamento dinâmico.
Descreve-se o acompanhamento executivo das estacas escavadas por meio de
boletins técnicos que são elaborados durante a execução das mesmas, onde alguns
são gerados diretamente pelos equipamentos que as executam e outros se
resumem apenas ao controle de lançamento do concreto, que são elaborados pela
equipe técnica da obra.
São descritos de forma abrangente as características dos diversos tipos de estacas
escavadas, métodos executivos, equipamentos necessários para a execução e as
condições para o seu emprego.
1.4
Estrutura do Trabalho
Neste trabalho são apresentadas no capítulo 2 as definições de fundações e as suas
duas classificações: rasas e profundas. Dentro dessas categorias são descritos os
principais tipos, onde as estacas escavadas são abordadas de forma mais
detalhada, com a descrição de suas principais características, condições de
aplicação, equipamentos utilizados, métodos e controle executivo. São descritas
também as investigações geológicas e geotécnicas que devem ser levadas em
consideração para o desenvolvimento do estudo preliminar de uma fundação.
19
O capítulo 3 aborda as principais técnicas utilizadas para a verificação da integridade
e desempenho das estacas escavadas após sua execução, tendo como principais
focos a importância dessa etapa para a segurança e o sucesso do empreendimento
e a descrição dos métodos de ensaios. Dentre os métodos disponíveis destacam-se
os três mais importantes no Brasil: ensaio de carregamento dinâmico, ensaio PIT e
prova de carga estática. Além de suas definições, esse tópico descreve as
condições de aplicação, equipamentos utilizados, procedimento executivo, os
possíveis resultados e suas respectivas análises.
A metodologia utilizada para o desenvolvimento desse trabalho é descrita no
capítulo 4, onde são expostas as formas com que a pesquisa foi desenvolvida e as
técnicas utilizadas na coleta das informações apresentadas, bem como as visitas
técnicas a institutos de pesquisa para o conhecimento dos equipamentos e às obras
para acompanhamento de processos de execução.
No capítulo 5 é descrito o estudo de caso utilizado para esse trabalho, que
compreende as características da obra visitada, o estudo geológico e geotécnico do
local, o projeto de fundações desenvolvido e os ensaios realizados através das
técnicas mencionadas no capítulo 3. Os resultados obtidos e a análise dos mesmos
são apresentados no capítulo 6.
A pesquisa é finalizada através das conclusões expostas no capítulo 7 e das
recomendações apresentadas no capítulo 8.
20
2
2.1
FUNDAÇÕES
Definições
Fundação é o elemento estrutural que transfere ao terreno toda a carga de uma
edificação, sendo a responsável pela sua sustentação. A NBR 6122 (ABNT, 2010)
define as fundações superficiais (rasas ou diretas) como sendo:
“Elemento de fundação em que a carga é transmitida ao terreno
pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, e a profundidade
de assentamento em relação ao terreno adjacente à fundação é
inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação.”
e fundações profundas como:
“Elemento de fundação que transmite a carga ao terreno, ou pela
base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência
de fuste) ou por uma combinação das duas, devendo sua ponta ou
base estar assente em profundidade superior ao dobro de sua menor
dimensão em planta, e no mínimo 3,0 m. Neste tipo de fundação
incluem-se as estacas e os tubulões”.
Dessa forma as fundações devem se auto-sustentar e conseguir suportar as cargas
que nela são depositadas, não excedendo os limites de ruptura do solo e da sua
estrutura. Ao transferir as cargas para o terreno, não devem provocar deformações
excessivas no solo que comprometam a segurança quanto à utilização da
construção.
Para a escolha do tipo de fundação, uma criteriosa análise técnica deve ser
desenvolvida por projetista especializado, onde diversas considerações necessitam
ser abordadas. Dentre as mais importantes destacam-se a análise da topografia da
área, a verificação dos dados da futura edificação e das construções vizinhas e a
análise geológico-geotécnica do solo (VELLOSO e LOPES, 1998).
Os dados geológico-geotécnicos são obtidos por meio de investigações do solo, que
podem ser realizadas por ensaios in situ e laboratoriais. O próximo item aborda os
21
tipos de ensaios mais utilizados para o levantamento desses dados que auxiliam na
escolha do tipo de fundações.
2.2
Investigações geológicas e geotécnicas para projetos de
fundações
O conhecimento adequado dos solos onde a fundação será executada é
extremamente importante e deve ser considerado um pré-requisito para o projeto de
fundações. É necessário conhecer a composição, resistência, disposição e o
comportamento dos elementos que constituem o solo para dimensionar a fundação
a ser utilizada, bem como os sistemas de contenção que podem ser necessários. O
lençol freático também influencia na escolha do tipo da fundação, portanto torna-se
indispensável conhecer sua atuação e nível.
Através de ensaios é possível identificar e classificar as diversas camadas que
compõem o subsolo e estimar de forma realista as suas propriedades geomecânicas
e seu comportamento (SCHNAID, 2000). Baseado nas informações que os
resultados dos ensaios fornecem é possível determinar o tipo de fundação mais
adequado para a construção em estudo.
A obtenção de informações sobre as propriedades do solo pode ser feita através de
ensaios de laboratório ou ensaios de campo. De forma geral, na prática, os ensaios
realizados in situ tem sido mais aplicados (QUARESMA et al., 1998).
Dentre os diversos tipos de ensaios existentes para a análise do solo são
relacionados o SPT (Standart Penetration Test), o CPT (Ensaio de penetração de
cone) e o Ensaio de palheta, ou Vane Test.
2.2.1
Ensaio SPT
O ensaio de sondagem de simples reconhecimento com SPT, ou ensaio de
penetração dinâmica, é o método mais utilizado no Brasil e bastante difundido no
mundo. A vantagem desse método de ensaio sobre os demais está na simplicidade
do equipamento e no baixo custo de aplicação. É uma ferramenta que permite
caracterizar o tipo do solo, bem como medir o seu índice de resistência ao longo da
profundidade perfurada e identificar o nível do lençol freático.
22
Para a execução do método é necessário determinar os pontos de exame onde será
aplicado o ensaio. De acordo com a NBR 8036 (ABNT, 1983):
“o número de sondagens e a sua localização em planta dependem
do tipo de estrutura, suas características especiais e das condições
geotécnicas do subsolo. O número de sondagens deve ser suficiente
para fornecer as informações sobre a provável variação das
camadas do subsolo do local em estudo. A quantidade de furos deve
obedecer à orientação da Norma, que recomenda no mínimo um furo
para cada 200 m² de área da projeção em planta do edifício, até
1200 m² de área. Entre 1200 m² e 2400 m² deve-se fazer uma
sondagem para cada 400 m² que excederem de 1200 m². Acima de
2400 m² o número de sondagens deve ser fixado de acordo com o
plano particular da construção. Nos casos em que não houver ainda
disposição em planta dos edifícios, como nos estudos de viabilidade
ou de escolha de local, o número de sondagens deve ser fixado de
forma que a distância máxima entre elas seja de 100 m, com um
mínimo de três sondagens.”
A referida Norma também orienta que, para efeito do projeto geotécnico, a
profundidade a ser explorada pelas sondagens é função do tipo de edifício, das suas
características particulares estruturais, de suas dimensões em planta, da forma da
área carregada e das condições geotécnicas e topográficas do local. A exploração
deve ser levada a tais profundidades que incluam todas as camadas impróprias ou
que sejam questionáveis como apoio de fundações, de tal forma que não venham a
prejudicar a estabilidade e o comportamento estrutural ou funcional do edifício.
Definida a locação dos pontos a serem sondados, é necessário que os mesmos
estejam nivelados com relação a um nível fixo. A partir daí executa-se um furo de
aproximadamente um metro de profundidade com um trado concha ou cavadeira
manual. O solo extraído nesse primeiro furo é recolhido e denominado amostra zero.
Em seguida é posicionada sobre o furo uma torre que tem no seu topo um conjunto
de roldanas que, conforme a NBR 6484 (ABNT, 2001), devem estar sempre
suficientemente lubrificadas para reduzir o atrito em seu eixo, por onde passa uma
corda que auxiliará no levantamento de um martelo (Figura 2-1). No fundo do furo é
posicionado um amostrador padrão de 50 mm de diâmetro externo que é cravado
pela queda de um martelo de 65 kg que cai em queda livre de uma altura de 75 cm.
23
Figura 2-1: Equipamento para ensaio de sondagem à percussão
Fonte: Campos (2011).
Conta-se o número de golpes necessários à penetração de cada segmento de 15
cm do total de 45 cm do amostrador (Figura 2-2). O valor de Nspt é igual à soma de
golpes para a penetração dos últimos 30 cm do amostrador.
Figura 2-2: Esquema de perfuração do amostrador padrão no ensaio de SPT
Fonte: Mendonça (2005).
24
O procedimento é repetido para a próxima cota, ou seja, escava-se mais um metro
de furo e inicia-se a cravação do amostrador. A norma NBR 6484 (ABNT, 2001)
orienta que, quando o avanço da perfuração com emprego do trado helicoidal for
inferior a 50 mm após 10 minutos de operação ou no caso de solo não aderente ao
trado, deve-se utilizar o método de perfuração por circulação de água, também
chamado de lavagem, utilizando o trépano de lavagem como ferramenta de
escavação.
Esse procedimento é repetido medindo-se a resistência de cada metro e recolhendo
amostras do solo perfurado. Quando houver indícios de penetração no lençol
freático, ou seja, superfície com água, o nível deve ser anotado e demonstrado na
representação do perfil do terreno. Através da quantidade de golpes obtidos na
penetração dos últimos 30 cm do amostrador e a análise da composição do material
recolhido, é possível classificar o solo, conforme a Tabela 2-1 seguinte.
Tabela 2-1: Classificação dos Solos através do SPT
NSPT
Compacidade da Areia
0a4
Muito fofa
5a8
Fofa
9 a 18
Compacidade média
18 a 40
Compacta
Acima de 40
Muito compacta
NSPT
Consistência da argila
<2
Muito mole
3a5
Mole
6 a 10
Consistência média
11 a 19
Rija
> 19
Dura
.
Fonte: Campos (2011).
De posse das amostras de cada metro perfurado é necessária a sua análise através
de classificação tátil-visual no laboratório. Com o resultado é possível desenhar o
perfil do subsolo de cada sondagem, onde deverão constar todas as camadas de
solo encontradas, seus respectivos números de golpes Nspt e a posição do nível
d’água (QUARESMA, et al. 1998, SCHNAID, 2000).
25
A Figura 2-3 seguinte mostra um perfil típico obtido pelo ensaio de sondagem.
Figura 2-3: Perfil de sondagem SPT
Fonte: Campos (2011).
26
2.2.2
Ensaio CPT
O ensaio de cone (CPT) tem como objetivos principais a obtenção de parâmetros
geotécnicos e a classificação estratigráfica do solo, a correlação do seu
comportamento com as estacas e a previsão da capacidade de carga das
fundações. Esse método de ensaio surgiu em meados de 1930 na Holanda e vem
sendo utilizado no Brasil desde o fim de 1950, sendo mais empregado a partir da
década de 90. Suas principais vantagens são o baixo custo, a rapidez de execução
e apresentação de resultados confiáveis.
O ensaio é simples e consiste na cravação de um cone com um ângulo de vértice de
60º e uma base de 10 cm² alternadamente a um conjunto composto pelo cone e
hastes internas a tubos de revestimento a uma velocidade de 20 mm/h. O conjunto é
cravado através de uma estrutura de reação, que pode ser um caminhão, reboque
ou utilitário, onde é montado um sistema que aplica as cargas, com capacidade de
aplicação entre 100 e 200 kN (SCHNAID, 2000). A Figura 2-4 ilustra o equipamento
de reação utilizado no ensaio CPT.
Figura 2-4: Equipamento de reboque – Ensaio CPT
Fonte: Danzinger (1998) apud Schnaid (2000).
27
As cargas necessárias à cravação são registradas de forma separada, sendo que
um sensor registra a resistência de ponta (qc) e outro a resistência total, ou seja, a
de ponta (qc) em conjunto com o atrito lateral (fs) (QUARESMA et al. 1998).
Na Figura 2-5 há um exemplo de um relatório obtido através do ensaio CPT, onde é
possível verificar a resistência de ponta, o atrito lateral e a resistência total.
Figura 2-5: Relatório do ensaio CPT
Fonte: Schnaid (2000) apud Campos (2011).
Atualmente os dados dos ensaios são obtidos através de programas computacionais
que permitem o gerenciamento e armazenamento das medidas coletadas in situ,
evitando erros de interferência do operador no resultado do ensaio (SCHNAID,
2000).
28
2.2.3
Ensaio de Palheta
O ensaio de Palheta, ou Vane Test, é utilizado em solos compostos por argilas
moles de baixa resistência com o objetivo de determinar a sua resistência nãodrenada Su. Tendo em vista que esse ensaio aplica-se a solos argilosos, verifica-se
a necessidade de se conhecer previamente o tipo de solo, tanto para a viabilização
da aplicação do método quanto para a análise correta dos resultados encontrados
(QUARESMA et al. 1998).
Seu método executivo consiste na cravação rotacionada de uma palheta em forma
de cruz com diâmetro de 65 mm e 130 mm de altura, em profundidades prédefinidas do terreno, onde o solo é cisalhado através do torque a uma rotação de
6°/min aplicado na palheta. O equipamento está ilustrado na Figura 2-6. Desse
modo, a cada 2° de rotação são feitas leituras a fim de registrar a curva torque
versus rotação. É importante observar que após a introdução da palheta no nível do
terreno a ser ensaiado, o tempo máximo admitido para o início da rotação é de 5
minutos. Para a determinação da resistência não-drenada amolgada Sur procede-se
dez rotações rápidas da palheta após a aplicação do torque máximo e refazem-se as
medições.
Figura 2-6: Equipamento para ensaio de Palheta
Fonte: Ortigão e Collet (1987).
29
O ensaio pode ser realizado com equipamentos sem ou com perfuração prévia,
denominados equipamento tipo A e B, respectivamente. Ensaios realizados com os
equipamentos tipo A apresentam resultados mais confiáveis e de melhor qualidade,
enquanto que os resultados obtidos com o equipamento tipo B são mais propensos
a erros devido a atritos mecânicos e rotação da palheta.
A Figura 2-7 mostra uma curva de torque-rotação de um ensaio de palheta in situ em
material indeformado e amolgado.
Figura 2-7: Curva de torque-rotação em ensaio de palheta
Fonte: Ortigão (2007).
Esse método de ensaio também é controlado por computador, permitindo a
verificação imediata dos resultados, agilizando a sua obtenção e também reduzindo
erros de interpretação por parte do operador (SCHNAID, 2000).
2.3
Tipos de fundações
As fundações são divididas em fundações rasas e fundações profundas.
Fundações rasas são elementos apoiados diretamente sobre a superfície do terreno,
assentados com pequeno cobrimento de solo. As cargas recebidas da estrutura do
edifício são transformadas em pressões que se distribuem pelo plano de contato
entre a base e o solo. Como sua execução não necessita de equipamentos de
30
grande porte e seu controle de qualidade é mais fácil de ser realizado, essa opção
torna-se geralmente mais econômica (GOTLIEB, 2010).
A NBR 6122 (ABNT, 2010) adota as seguintes definições para as fundações rasas:

Bloco: “Elemento de fundação superficial de concreto, dimensionado de modo
que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo concreto, sem
necessidade de armadura”.
 Sapata: “Elemento de fundação superficial, de concreto armado, dimensionado
de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo
emprego de armadura especialmente disposta para esse fim”.
 Radier: “Elemento de fundação superficial que abrange parte ou todos os pilares
de uma estrutura, distribuindo os carregamentos”.
 Sapata associada: “Sapata comum a mais de um pilar”.
 Sapata corrida: “Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou
de pilares ao longo de um mesmo alinhamento”.
Fundações profundas são elementos que transferem as cargas recebidas das
estruturas para o terreno através de sua extremidade inferior (resistência de ponta),
pela superfície lateral (resistência de fuste) ou pela combinação das duas. Suas
bases são implantadas em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão
e a pelo menos 3 metros de profundidade. São utilizadas quando o solo resistente e
com capacidade de suporte compatível com as cargas estruturais encontra-se a
maiores profundidades. Sua execução necessita de equipamentos específicos e
mão de obra especializada para cada tipo e, pela dificuldade do controle visual,
torna-se necessário um controle executivo mais rigoroso (GOTLIEB, 2010;
VELLOSO e LOPES, 1998).
Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), as fundações profundas podem ser divididas
em:
 Estaca: “Elemento de fundação profunda executado inteiramente
por equipamentos ou ferramentas, sem que em qualquer fase de sua
execução, haja descida de pessoas. Os materiais empregados
31
podem ser: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in
loco ou pela combinação dos anteriores.”
 Tubulão: “Elemento de fundação profunda, escavado no terreno
em que, pelo menos na sua etapa final, há descida de pessoas, que
se faz necessária para executar o alargamento de base ou pelo
menos a limpeza do fundo da escavação, uma vez que neste tipo de
fundação as cargas são transmitidas preponderantemente pela
ponta.”
Cabe destacar que as fundações por tubulões não são estudadas no trabalho.
2.4
Fundações profundas em estacas
As estacas são classificadas de acordo com seu processo executivo, subdividindose em estacas moldadas in loco e estacas pré-moldadas.
A seguir são descritos os principais tipos de estacas pré-moldadas e moldadas in
loco (escavadas). Tendo em vista que esse trabalho aborda os ensaios necessários
à verificação das estacas escavadas, são mencionadas a seguir somente as
características principais das pré-moldadas, havendo maior aprofundamento para as
estacas escavadas.
2.4.1
Estacas Pré-moldadas
As estacas pré-moldadas são constituídas de peças prontas que podem ser de
madeira, metálicas ou de concreto armado. A sua instalação no terreno pode ocorrer
por cravação, prensagem ou vibração e não há a remoção do solo na região onde é
executada.
A energia empregada na cravação deve ser suficiente para que a estaca penetre no
terreno sem que haja danos à sua constituição e ao solo. Devido à vibração e ruídos
que causam durante a instalação, sua utilização não é recomendada em áreas onde,
na vizinhança, existam construções antigas (GOTLIEB, 2010).
32
Na fabricação das estacas de concreto e metálicas, ou na seleção e tratamento das
estacas de madeira, existe um controle tecnológico no processo que permite ao
projetista escolher com mais segurança a estaca que atenda os requisitos do
projeto.
Apesar das estacas terem características pré definidas, não é somente a resistência
do material de que é composta que determina a sua capacidade de carga. Segundo
Alonso (1998), fatores como a interação da estaca com o solo durante a cravação e
a profundidade atingida, bem como a resistência a tensões do solo no entorno
influenciam diretamente no desempenho do sistema. Dessa forma, durante a
execução, devem-se realizar medições que auxiliem no controle do processo de
cravação das estacas. Os controles usuais ocorrem através da medição da nega e
repique.
A NBR 6122 (ABNT, 2010) define a nega como:
“Medida da penetração permanente de uma estaca, causada pela
aplicação de um golpe de martelo ou pilão, sempre relacionada com
a energia de cravação. Dada a sua pequena grandeza, em geral é
medida para uma série de dez golpes.”
Por meio da nega é possível verificar se a estaca já atingiu uma camada resistente
do solo. Essa medida é resultado da penetração da estaca no solo após a aplicação
dez golpes de martelo ou pilão. Seu valor deve ser inferior ao estipulado em projeto
(ALONSO, 1998).
Ainda segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), o repique corresponde a “parcela elástica
do deslocamento máximo de uma estaca decorrente da aplicação de um golpe do
martelo ou pilão”. Esse valor pode ser obtido graficamente através de marcas feitas
em uma folha de papel afixada na seção da estaca por uma caneta presa em apoio
fixo durante o golpe. A Figura 2-8 a seguir mostra o esquema para a medição do
repique para uma estaca pré-moldada de concreto.
33
Figura 2-8: Medição de repique em estaca de concreto
Fonte: Gonçalves et al. (2000).
 Estacas de Madeira
As estacas de madeira são utilizadas há muitos anos, mas atualmente seu uso não é
tão freqüente devido à redução da disponibilidade de madeiras de boa qualidade
necessárias a esse tipo de fundação, ao impacto ambiental que sua extração
provoca e à sua limitação de suporte de carga.
Sua aplicação está restrita a obras de baixas cargas e geralmente são usadas como
fundações provisórias. Esse tipo de estaca pode ser utilizado em solos moles e
compressíveis, mas seu uso não é indicado em solos muito resistentes ou onde
existam matacões. Tem como vantagens boa resistência aos esforços atuantes
durante a cravação e o transporte, facilidade de execução de cortes e emendas, que
podem ser por sembladura ou por pregação de luva metálica, mas tem como pontos
desfavoráveis o seu pequeno valor de suporte de carga, sendo utilizadas em obras
de pequeno porte ou provisórias e sua aplicação fica limitada a ambientes
totalmente secos ou submersos, sendo inviável em casos de variação do nível
d’água pois o apodrecimento ocorre pela ação de fungos aeróbios (ALONSO, 1998
e GOTLIEB, 2010).
34
 Estacas Metálicas
As estacas metálicas são constituídas por perfis de aço laminado ou soldado, trilhos,
tubos de chapas dobradas ou tubos sem costura. São instaladas no terreno por
cravação e podem se utilizadas para diversos valores de carga, devido ao fato de
haver uma grande gama de bitolas. Esse tipo de estaca tem grande facilidade de
cravação em quase todos os tipos de solo sem o risco de quebras ou levantamento
de estacas vizinhas, sendo especialmente recomendável em solos muito resistentes
ou onde existam matacões, devido à grande resistência das peças.
Segundo Joppert Júnior (2007), as estacas pré-moldadas de aço são muito
utilizadas em solos provenientes de decomposição de rochas (residuais), pois nesse
tipo de solo a utilização de estacas pré-moldadas de concreto, por exemplo,
ocasionaria em muitas quebras e sobras, e consequente desperdício de material,
visto que nesse tipo de solo o comprimento das estacas não é constante. Já nos
solos sedimentares, quando existe a necessidade de ultrapassar argilas duras,
areias compactas ou pedregulhos acima de camadas moles, a estaca metálica é
bastante indicada, devido a sua resistência.
As estacas pré-moldadas de aço também se apresentam como uma boa solução
nos casos de contenção de escavações de subsolos em divisas de terreno por
suportarem bem esforços de flexão. São fáceis de transportar e manusear, cortar e
emendar e podem atingir grandes profundidades. Tem como desvantagem o custo
relativamente elevado se comparado a outros tipos de estacas e a necessidade de
proteção quando em ambiente agressivo (ALONSO, 1998 e GOTLIEB, 2010).
 Estacas de Concreto Armado
As estacas pré-moldadas de concreto podem ser cravadas por prensagem, vibração
ou percussão e possuem variadas seções transversais. Joppert Júnior (2007) afirma
que durante a sua fabricação e cravação, as estacas de concreto armado passam
por um rigoroso controle de qualidade, o que lhes confere boa confiabilidade.
Quanto ao processo de adensamento, podem ser vibradas, centrifugadas ou
protendidas.
35
As estacas de concreto armado vibradas são aquelas que recebem o adensamento
através de vibração e tem seção cheia. Pelo processo de centrifugação ou extrusão,
obtem-se estacas vazadas com seções redondas ou sextavadas, enquanto que as
protendidas são fundidas, tem fck ≥ 35 MPa que utilizam na sua estrutura aço CP
RN 150 e 175 com seção quadrada ou redonda, de acordo com o fornecedor
(JOPPERT JÚNIOR, 2007).
Para esse tipo de estacas não há restrições quando às cargas devido à grande
variedade de bitolas disponibilizadas pelos fabricantes. Podem ser utilizadas em
solos moles e compressíveis, porém seu uso não é recomendável em solos muito
resistentes ou onde existam matacões, pois podem ocorrer quebras das peças
durante a cravação. A sua cravação gera grandes vibrações, inviabilizando esse tipo
de estaca em casos de construções próximas com má qualidade ou antigas. Tem
como vantagens o controle tecnológico da sua produção, o uso de concreto de boa
qualidade, bem dosado e curado de forma adequada, a durabilidade das peças, a
grande variedade de comprimentos e capacidade de carga. Ainda podem ser
dosadas para resistir à eventual agressividade do solo ou da água. Uma das
desvantagens das estacas de concreto armado está na dificuldade do seu corte e
preparo das cabeças (ALONSO, 1998 e GOTLIEB, 2010).
2.4.2
Estacas Escavadas ou Moldadas in loco
As estacas moldadas in-loco são aquelas onde é necessário remover o solo através
de perfuração e preencher o vazio formado com argamassa ou concreto.
Dependendo da estabilidade do solo podem ser executadas com ou sem auxílio de
fluído estabilizante e utilizar ou não revestimento, sendo que este pode fazer parte
da estaca ou ser retirado após a concretagem (MAIA et al., 1998).
O autor ainda menciona que, devido ao fato de serem executadas em profundidade
e não ser possível a análise visual da sua constituição física, esse tipo de estaca
necessita de um maior controle executivo. Apesar de serem essenciais, os cuidados
durante o processo construtivo não garantem que as estacas estejam íntegras e
tenham um bom desempenho. Sendo assim, alguns controles pós-executivos são
necessários para assegurar esses aspectos. Devido à importância desses métodos
de controle, os ensaios necessários a essas verificações são expostas no próximo
36
capítulo. Na seqüência, faz-se uma descrição dos diferentes tipos de estacas
escavadas disponíveis.
 Estacas Broca Manual
Esse tipo de estaca pode ser considerado o mais simples, se comparado com os
demais tipos. Trata-se de uma estaca escavada por meio de um trado manual
(Figura 2-9), sem revestimento e que é preenchida com concreto armado ou não.
Possuem diâmetros pequenos nos valores de 20, 25 e 30 centímetros. Gotlieb
(2010) afirma que as cargas admissíveis são em torno de 60, 100 e 150 kN,
respectivamente para os diâmetros mencionados, e possuem a limitação de 6
metros de profundidade.
O processo executivo é simples. O operador rotaciona o trado no solo e o mesmo vai
sendo coletado pelo aparelho. O aparelho é retirado para a extração do material,
que pode ser comparado com o analisado pela sondagem e o processo se repete
até atingir a profundidade desejada (Figura 2-9). Em seguida, o fundo do furo é
apiloado por um pilão para compactar o solo solto no seu interior.
O lançamento do concreto é feito do topo do furo através de um tubo dotado de funil
com comprimento igual a cinco vezes o diâmetro do furo para evitar o carregamento
do solo pelo concreto durante a concretagem.
Esse tipo de estaca é indicado para obras de pequeno porte, com cargas de trabalho
baixas. Por não possuir revestimento, não deve ser executado em solos moles e
compressíveis e abaixo do lençol freático (FALCONI et al., 1998 e GOTLIEB, 2010).
Figura 2-9: Esquema de execução da estaca broca manual e ilustração do trado
Fonte: Gotlieb (2010).
37
 Estacas Escavadas Mecanicamente
As estacas escavadas mecanicamente, também chamadas de broca mecânica são
executadas por meio de um equipamento denominado perfuratriz rotativa que pode
ser acoplada a caminhões, garantindo grande mobilidade no canteiro de obras. O
trado helicoidal da perfuratriz possui aproximadamente 1 metro de comprimento, que
perfura o solo com diâmetros que variam entre 0,20 a 1,70 metros, chegando até
cerca de 27 metros de profundidade (FALCONI et al., 1998).
De acordo com os autores Falconi et al. (1998), após o nivelamento e a locação do
equipamento inicia-se a perfuração do terreno. A cada 2 metros perfurados, a haste
é girada no sentido contrário e o solo é retirado com o auxílio de uma pá, com
cuidado, para que o solo não entre novamente no furo. As características do solo
escavado podem ser comparadas com a sondagem do terreno. Quando a
profundidade necessária à estaca é atingida, compacta-se o fundo da escavação
com soquete. Caso a estaca exija armação, a mesma deve ser posicionada logo
após o apiloamento do fundo. A concretagem é lançada através de tubo tremonha,
com no mínimo 2,5 metros de comprimento para evitar o contato do concreto com as
laterais da escavação durante o seu lançamento.
O controle de qualidade deve acompanhar o processo de execução, atentando para
anomalias e atendimento das características de projeto tais como dimensões da
estaca, traço do concreto, consumo e qualidade dos materiais, etc. O preenchimento
de boletins de campo como o mostrado na Figura 2-10 auxilia no processo do
controle.
Esse sistema não produz vibrações, permite atingir grandes profundidades, pelo tipo
de equipamento confere produção, mobilidade na obra e possibilita a execução
próxima à divisa do terreno. O solo deve ser coesivo e não possuir matacões e o
lençol freático deve estar abaixo do nível de perfuração (FALCONI et al., 1998 e
JOPPERT JÚNIOR, 2007).
38
Figura 2-10: Modelo de boletim para controle executivo de estacas escavadas
mecanicamente
Fonte: Abef (2010).
 Estacas Tipo Hélice Contínua
As estacas tipo hélice contínua são executadas sem revestimento e sem auxílio de
lama estabilizante por meio de um equipamento de perfuração, chamado hélice
contínua, e injeção de concreto sob pressão simultaneamente à retirada da hélice do
terreno escavado.
O equipamento de perfuração consiste em um guindaste sobre esteiras com uma
torre por onde corre uma mesa hidráulica que rotaciona uma haste com uma hélice.
A hélice contínua consiste num trado espiral em torno de um tubo central com o
39
comprimento maior ou igual ao comprimento da estaca a ser executada, com dentes
na sua extremidade inferior para a penetração no solo (ANTUNES e TAROZZO,
1998 e GOTLIEB, 2010).
Segundo Antunes e Tarozzo (1998), a execução consiste no posicionamento do
equipamento sobre o ponto a ser perfurado com a torre perfeitamente na vertical,
onde se inicia a rotação contínua e lenta da hélice que vai penetrando no terreno até
atingir a cota estabelecida no projeto. A existência de uma tampa na extremidade do
tubo não permite entrada de material de solo durante o processo.
No decorrer da perfuração, a hélice não é retirada em nenhum momento, o que
permite que esse tipo de estaca seja executado em solos coesivos ou arenosos e
abaixo do nível do lençol freático.
Ao chegar à profundidade desejada, a hélice vai sendo retirada enquanto o concreto
é injetado de forma simultânea, a uma velocidade que está ligada com a pressão de
injeção do concreto, garantindo que o espaço entre a hélice e o terreno seja
totalmente
preenchido
pelo
concreto,
sem
que
haja
seccionamento
ou
estrangulamento do fuste da estaca.
A remoção da hélice é feita sem rotação, mas em solos arenosos gira-se lentamente
no mesmo sentido usado na perfuração para que o solo contido nas hastes não
entre em contato com o concreto que é injetado na cavidade. Deve-se fazer a
limpeza da hélice durante a sua remoção do terreno, com a retirada do solo.
Finalizada a concretagem, imediatamente coloca-se a armação em forma de gaiola,
formada de barras de aço grossas e estribos helicoidais soldados, que pode ser
introduzida com o auxílio de vibrador ou pilão com pequena carga ou até mesmo por
gravidade. As Figuras 2-11 e 2-12 mostram, respectivamente, o início da perfuração
e a retirada da hélice após a concretagem e o posicionamento da armação a ser
inserida na estaca.
40
Figura 2-11: Posicionamento da hélice – estaca Hélice Contínua
Fonte: Fundesp (2011).
Armação a ser inserida na estaca
Figura 2-12: Retirada da hélice e posicionamento da armação
Fonte: Fundesp (2011).
O controle executivo das estacas hélice contínua é feito através do monitoramento
por um equipamento chamado Taracord CE. O Taracord CE é composto por um
computador com mostrador digital e sensores instalados na máquina de execução
que informam dados como a profundidade na ponta do trado com relação ao terreno,
41
torque, velocidade de rotação da mesa rotativa, inclinação da torre, percentual de
volume acumulado e sobre-consumo parcial dos últimos 50 cm concretados e total.
Figura 2-13: Relatório para estaca tipo hélice contínua
Fonte: Fundesp (2011).
42
Essas informações são registradas e enviadas a um software que emite o relatório
da estaca, que além das informações coletadas durante a sua execução também
acrescenta informações como data e hora de início da execução, número e diâmetro
da estaca e informações relativas à obra. A Figura 2-13 apresenta um relatório
desse tipo.
As estacas hélice contínua tem como vantagens o suporte de grandes cargas, a
ausência de vibração durante a escavação, alta produtividade e a possibilidade de
execução abaixo do nível do lençol freático. As desvantagens desse tipo de estaca
são que apresentam dificuldade de serem arrasadas em níveis inferiores ao do
terreno devido à colocação da armação, podem apresentar dificuldade de colocação
da armação, principalmente se forem longas. O comprimento máximo possível é de
32 metros e há restrições de uso em casos de solos com matacões, em terrenos de
topografia acidentada e difícil acesso e em divisas devido ao porte do equipamento.
Também há a necessidade da existência de uma central de produção de concreto
nas proximidades devido ao fato de não ser possível a interrupção da concretagem
durante a execução (ANTUNES e TAROZZO, 1998 e GOTLIEB, 2010).
 Estacas Escavadas com Lama
Geralmente as estacas escavadas com lama bentonítica são empregadas em obras
com grandes carregamentos, onde são conciliados os aspectos econômicos e
técnicos (JOPPERT JÚNIOR, 2007).
Segundo Joppert Júnior (2007), esse sistema é dividido basicamente em estacões e
barretes. Os estacões são circulares, escavados com equipamentos chamados
caçamba rotativa ou mesa rotatória e seu diâmetro varia de 0,6 a 2,0 metros. Já as
barretes, também conhecidas como estacas escavadas, tem sua seção retangular e
são escavadas com equipamento denominado Clam Shell. A Figura 2-14 ilustra os
dois tipos de equipamentos utilizados na execução dos estacões e barretes.
Para as estacas barretes é necessária a execução prévia de mureta-guia em torno
do local a ser escavado. Para os estacões adota-se camisa metálica com diâmetro
10 centímetros maior que o da estaca e de 1,50 a 2,0 metros de comprimento. Esses
dois procedimentos tem a finalidade de locar as estacas e proteger o topo das
escavações (SAES, 1998).
43
Figura 2-14: Equipamentos para execução de estacas escavadas com auxílio de lama
bentonítica
Fonte: Gotlieb (2010).
Conforme a escavação se desenvolve o prumo deve ser conferido para garantir a
verticalidade da estaca. A escavação deve ser preenchida com lama bentonítica e
seu nível deve sempre ser mantido acima do fundo da mureta-guia ou do tubocamisa.
Saes (1998) ainda menciona que a lama bentonítica forma uma película (CAKE) nas
paredes da escavação que é responsável pela estabilidade do solo, impedindo o seu
desmoronamento,
tem
propriedades
que
quando
em
repouso
apresenta
características rígidas, mas quando sofre agitação comporta-se como fluido. O
controle das propriedades da lama bentonítica deve ser executado antes da
escavação e da concretagem e deve obedecer aos parâmetros estabelecidos na
NBR 6122 (ABNT, 2010). Para tanto, a mesma pode ser reciclada, mas com seu uso
contínuo, suas propriedades podem ser comprometidas e sua utilização descartada.
Após atingir a cota de escavação especificada no projeto, a armadura é inserida com
auxílio de guindaste. Esta é montada em formato de gaiola e de maneira que o tubo
de concretagem (tremonha) consiga passar entre as ferragens.
44
Inicia-se então o processo de concretagem. O concreto é lançado através do tubo
tremonha no fundo da escavação, expulsando a lama bentonítica, que tem
densidade menor que a do concreto, e preenchendo toda a estaca até chegar ao
topo. A concretagem não pode ser interrompida, pois o tubo tremonha precisa estar
submerso no concreto. A lama expulsa é coletada através de bombas e transportada
para silos onde é armazenada para um futuro reaproveitamento (GOTLIEB, 2010).
A Figura 2-15 mostra de forma simplificada esse processo.
Figura 2-15: Processo executivo das estacas escavadas com auxílio de lama
bentonítica
Fonte: Gotlieb (2010).
Esse é um dos sistemas que exigem maior cuidado na execução para garantir o bom
desempenho, portanto o controle executivo deve ser rigoroso e acompanhar
principalmente
as
características
da
lama
bentonítica,
do
concreto,
dos
equipamentos e dos demais materiais utilizados, bem como as durações das
atividades.
Gotlieb (2010) cita que estacas desse tipo podem atingir grandes profundidades,
permitem a execução próxima à divisa do terreno, suportam grandes cargas e não
causam vibrações. Por outro lado necessita de espaço no canteiro de obras para o
tratamento da lama e suporte do equipamento, além de não ser recomendável a
execução com o nível do lençol acima da cota de perfuração.
45
 Estaca Strauss
As estacas tipo Strauss não são indicadas para grandes carregamentos. Devido as
característica do equipamento de execução, não há restrição para sua aplicação em
terrenos acidentados e de difícil acesso. Podem ser utilizadas em solos moles e
compressíveis, mas não na presença de matacões e solos com espessas camadas
de argilas moles (GOTLIEB, 2010).
As estacas Strauss são estacas moldadas in-loco executadas com tubos de
revestimento metálicos de 2 a 3 metros de comprimento rosqueáveis, que são
recuperados durante a concretagem. A ponta aberta permite que a escavação do
solo seja feita simultaneamente a descida do revestimento (FALCONI et al., 1998).
O equipamento de execução é composto por um tripé de madeira ou aço com
carretilha no topo, um guincho mecânico com capacidade mínima de 1 tonelada
acoplado a um motor a explosão ou elétrico por meio de correias, uma sonda
mecânica comumente chamada de piteira, um soquete metálico cilíndrico com
diâmetro menor que o tubo de revestimento e cerca de 300 kg, tubulações de aço
com elementos rosqueáveis utilizados como revestimento recuperável, um guincho
manual para retirada do revestimento, além de roldanas, cabos e ferramentas. A
sonda mecânica consiste em um tubo de aço dotado de bordas afiadas e tampa na
sua parte inferior e duas janelas diametralmente opostas na sua parte superior que
permitem a saída do material escavado.
Falconi et al. (1998) descrevem a execução com o posicionamento do tripé de forma
a garantir que o soquete fique centralizado onde a estaca será executada. A
perfuração é iniciada com a queda sucessiva do soquete a uma profundidade de 1 a
2 metros onde é colocada primeiramente a coroa, que consiste em um tubo de
revestimento denteado na sua extremidade inferior.
Após a colocação da coroa, substitui-se o soquete por uma sonda semelhante a um
funil denominada piteira que vai escavando o solo do interior e abaixo da coroa e se
introduzindo no terreno através de golpes sucessivos. Quando a sonda atinge o
fundo da escavação, o solo força a válvula para cima abrindo-a e penetrando no seu
interior. Ao ser levantada, a sonda empurra a válvula no sentido de fechá-la, não
permitindo que o material escavado contido no seu interior saia. No momento em
46
que fica repleta de material, a sonda é retirada e virada ao contrário para a extração
do solo através das janelas.
O material retirado pode ser coletado e comparado com os resultados da sondagem
a percussão. Para facilitar a penetração da sonda é comum a adição manual de
água no solo, entretanto na escavação do último trecho esse procedimento é
interrompido a fim de proceder a limpeza do fundo da estaca. Quando a coroa
estiver totalmente penetrada, um novo tubo é rosqueado e repete-se o procedimento
de perfuração até que seja atingida a profundidade da estaca.
Segundo Falconi et al. (1998), após a finalização da perfuração, o interior dos tubos
é lavado, a água e a lama que ficam no fundo da estaca são retiradas com a sonda
e a concretagem é iniciada com o lançamento do concreto através de um funil que é
colocado no interior dos tubos, garantindo uma coluna de concreto de
aproximadamente 1 metro.
O concreto vai sendo apiloado pelo soquete e na medida em que é lançado, os
tubos de revestimento podem ser retirados. Nessa etapa é importantíssimo
assegurar que o nível do concreto no interior do tubo de revestimento esteja sempre
acima da coroa, evitando que o soquete provoque o desbarrancamento do solo da
parede da estaca e este se misture como concreto.
É inviável a utilização de armação em estacas com diâmetros inferiores a 25 cm.
Caso seja necessária a utilização de armação, esta deve ser instalada após a
formação do bulbo na ponta e a concretagem é realizada com o soquete menor que
o diâmetro da armação. As estacas não armadas terão apenas quatro ferros
longitudinais com 1 metro cravado no concreto ainda mole e 0,5 metro acima da
cabeça e sem estribos. (FALCONI et al., 1998 e GOTLIEB, 2010).
A Figura 2-16 mostra a sequência executiva da estaca Strauss.
47
Figura 2-16: Sequência executiva da estaca Strauss
Fonte: Solotrat (2010).
Esse tipo de estaca apresenta a vantagem da possibilidade de execução em locais
de difícil acesso, ausência de vibração durante o processo, a possibilidade de
execução de comprimentos diversos além de permitir arrasar a estaca abaixo do
nível do terreno. Além disso, possibilitam a coleta e comparação do solo com a
sondagem a percussão, podem ser executadas em divisas e, devido à superfície
irregular que se forma ao longo do fuste da estaca, apresentam grande atrito entre o
concreto e o solo.
Este sistema, porém, é limitado ao suporte de cargas pequenas e médias, exige
operadores experientes, não deve ser utilizado em solos com camadas espessas de
argila muito mole e na existência de águas agressivas e matacões (FALCONI et al.,
1998 e GOTLIEB, 2010).
48
 Estacas Franki
A estaca tipo Franki é executada através da cravação de um tubo de revestimento
recuperável fechado na ponta por uma bucha, que é removida durante a
concretagem (MAIA, 1998).
Para a cravação do revestimento é utilizado um bate-estaca que pode ser equipado
com uma perfuratriz para auxiliar no pré-furo.
Inicia-se a execução com a cravação da bucha até a profundidade desejada. A
bucha é formada por brita e areia compactada pelo pilão, e fica aderida na ponta do
tubo. Após essa etapa, o tubo é preso por cabos de aço à torre do bate-estaca e
então força-se o desprendimento da bucha. Apiloam-se quantidades de concreto
com slump zero para alargar a base.
Em seguida é colocada a armação no furo e inicia-se a concretagem que consiste no
apiloamento do concreto concomitantemente com a remoção do revestimento, devese tomar cuidado para que o concreto sempre esteja em contato com o tubo, para
evitar falhas, estrangulamento da estaca e contaminação do concreto com o solo
(JOPPERT JÚNIOR, 2007).
O processo executivo da estaca Franki é demonstrado pela Figura 2-17.
O controle da altura da bucha deve ser feito através de gráfico obtido pelo momento
da nega e, no momento da retirada do tubo de revestimento, deve-se ficar atento
para que a armadura não se desloque ou encurte.
As estacas Franki garantem uma alta capacidade de carga e sua profundidade pode
ser ajustada durante a cravação. Seu método executivo acarreta em grandes
vibrações e barulho, podendo ocasionar problemas com as construções vizinhas
existentes, além disso, não pode ser executada em solos com matacões e com
espessa camada de solo mole (GOTLIEB, 2010).
49
Figura 2-17: Sequência executiva da estaca Franki
Fonte: Gotlieb (2010).
 Estacas Injetadas
Estacas injetadas são caracterizadas pelo pequeno diâmetro que, com auxílio de
tubos de revestimento recuperados, são perfuradas e preenchidas com argamassa
de cimento e areia ou nata de cimento. Podem ser classificadas como estacas raiz
ou micro-estacas, dependendo do processo executivo (GOTLIEB, 2010).
50
Segundo Alonso (1998), as estacas raiz são aquelas em que, juntamente com a
remoção do revestimento, é injetado ar comprimido após a moldagem e no topo do
fuste.
As micro-estacas utilizam tirantes injetados através de múltiplos estágios.
A execução da estaca raiz ocorre com a perfuração rotativa do solo por tubos de
revestimento onde há na ponta uma coroa com pastilhas de material resistente que
permite perfurar todos os tipos de rocha ou solo. Existe uma diversidade grande de
equipamentos que podem ser utilizados para a rotação dos tubos de revestimento e
operam mecânica ou hidraulicamente.
Durante a perfuração é feita a circulação de água para remoção do solo escavado
que ocorre pela face externa dos tubos de revestimento. Para reduzir o atrito entre e
revestimento e o solo, na face inferior do revestimento é acrescentada a sapata de
perfuração que tem o diâmetro ligeiramente superior ao tubo de revestimento.
O referido autor menciona que, à medida que a perfuração avança, outros tubos de
revestimentos são rosqueados até atingir a profundidade desejada para a estaca. A
inserção da armação se faz após a limpeza do furo da estaca através da injeção de
água. O preenchimento com argamassa é realizado através de um tubo, geralmente
de PVC, que é inserido até o fundo da perfuração. A argamassa é confeccionada
com misturador que garante a sua homogeneidade e sua injeção ocorre até que a
mesma extravase pela boca do tubo.
Em seguida é rosqueado na boca do tubo um tampão metálico de revestimento
ligado a um compressor e inicia-se a retirada do revestimento ao mesmo tempo em
que são aplicados golpes de ar comprimido. Dessa forma, acrescenta-se em cada
vez a quantidade de argamassa necessária para o total preenchimento da estaca e
aplicam-se os golpes de ar até que o revestimento seja completamente retirado. A
Figura 2-18 esquematiza o processo executivo da estaca raiz.
51
Figura 2-18: Sequência executiva da estaca Raiz
Fonte: Brasfond (2011).
O sistema de perfuração das micro-estacas é similar ao da estaca raiz. Após a
execução da perfuração é feita a instalação dos tubos manchetes, que podem ser de
aço ou PVC rígido e são munidos de válvulas espaçadas em 1 metro. Como a
manchete servirá de armadura para a estaca, quando utilizado o PVC deve-se
envolvê-lo em armadura para que possa contribuir para a resistência estrutural da
estaca. Em seguida executa-se a bainha através da injeção de calda de cimento
entre espaço anelar do tubo dotado de manchetes e as paredes da escavação até o
extravasamento pela boca do furo (ALONSO, 1998).
Após a conclusão da bainha, a face interna do tubo manchete é lavada através da
circulação de água para a sua completa limpeza, garantindo o ajuste entre os
obturadores do tubo de injeção da nata através de cada uma das válvulas e de baixo
para cima, com pressões da ordem de 3 MPa, que são medidas através de
manômetros instalados na tubulação de injeção.
52
Alonso (1998) cita que esse procedimento executivo proporciona melhora na adesão
da estaca no solo, já que possibilita a formação de diversos bulbos fortemente
comprimidos contra o solo. Finalizada a injeção a parte central do tubo manchete é
preenchida com argamassa ou nata de cimento. Havendo necessidade é possível
acrescentar armadura dentro do tubo manchete para melhorar a resistência a
compressão, tração ou flexão. Através da análise das Figuras 2-19 e 2-20 é possível
visualizar o processo construtivo das micro-estacas e o obturador de injeção.
Figura 2-19: Sequência executiva da micro-estaca
Fonte: Geodactha (2011).
Figura 2-20: Detalhe do obturador de injeção
Fonte: Geodactha (2011).
53
As estacas injetadas não causam vibração no terreno durante sua execução, podem
atingir grandes comprimentos e suportar esforços de tração, podem ser executadas
com inclinações e os equipamentos utilizados geralmente são de pequeno porte.
Atravessam matacões, concreto, rochas e alvenarias, sendo apropriadas para
reforços de fundações. Tem como desvantagens o alto custo e alto consumo de
cimento, a utilização de grande volume de água e a necessidade de execução
cuidadosa e de locação precisa (ALONSO, 1998 e GOTLIEB, 2010).
54
3
CONTROLE PÓS-EXECUTIVO DAS ESTACAS ESCAVADAS
A construção civil, se comparada a outros setores do mercado, apresenta um
relativo atraso com relação ao controle e qualidade do produto final (obra). Segundo
Wolle e Hachich (1998), durante muito tempo a gestão de qualidade em construções
estava ligada apenas a alguns materiais e insumos, sem contar que era
absolutamente comum uma obra ser executada por profissional sem conhecimento
técnico e treinamento adequado.
Os mesmos autores ainda mencionam que devido à globalização da economia e
após a criação do Código de Defesa do Consumidor em 1991, as empresas estão
cada vez mais preocupadas com a qualidade de seus serviços. Isso gera, além da
satisfação do cliente, uma considerável redução de custos, pois os desperdícios e os
retrabalhos acabam sendo evitados.
A qualidade das fundações é essencial para o bom desempenho da obra e depende
de diversos fatores e etapas, como pode ser verificado na Figura 3-1.
Figura 3-1: Etapas para o bom desempenho das fundações
Fonte: Adaptação Wolle e Hachich (1998).
55
O acompanhamento técnico durante a execução das estacas é um elemento
fundamental que reduz significativamente os problemas futuros. A constatação de
uma anomalia durante a execução permite que a mesma seja corrigida durante ou
logo após esse processo.
Porém, por se tratar de um elemento enterrado, onde não é possível verificar sua
integridade visualmente, bem como encontrar alguns aspectos não previstos como,
por exemplo, o desmoronamento do solo durante a escavação e o encontro de
camadas de solos não compatíveis com o projeto, o controle pós executivo tem a
função de demonstrar que o que foi executado atende às especificações do projeto,
analisando o desempenho e a integridade do elemento, focando principalmente na
segurança à ruptura do mesmo e do conjunto solo-estaca (NIYAMA et al., 1998).
Esse cuidado evita reforços e recuperações durante alguma etapa posterior, que
pode vir a exigir um sistema mais complexo e custoso, além de eliminar possíveis
dúvidas e garantir conforto e segurança para a execução do restante da estrutura do
empreendimento.
3.1
Métodos de análise
Os métodos de análise podem ser entendidos como um conjunto de procedimentos
e técnicas utilizados com o objetivo de comprovar a eficácia da fundação, verificando
se seu comportamento atende aos parâmetros de projeto.
A qualidade de uma estaca acabada pode ser avaliada através de inspeções, que
são métodos mais simples, e através de ensaios, métodos mais complexos.
Segundo Wolle e Hachich (1998), os aspectos pós-executivos que devem ser
avaliados nas estacas e as formas de avaliação das mesmas são:
 Diâmetro do fuste: pode ser inspecionado visualmente e comparado com as
especificações do projeto. Se o bloco de coroamento já estiver executado,
torna-se necessário a escavação no entorno até chegar à cota do fuste.
 Cota de apoio: para determinar com exatidão a cota atingida, seria
necessária a execução de um poço de inspeção ao lado da estaca, que sem
56
dúvida é um método inviável. Para isso é possível utilizar o ensaio PIT, que
pode fornecer o comprimento da estaca com algumas imprecisões. Em
estacas de grandes dimensões também é possível utilizar a sondagem
rotativa, porém é importante destacar que, ao contrário do ensaio PIT, a
sondagem rotativa é um ensaio destrutivo.
 Qualidade do concreto: No topo das estacas, podem-se extrair testemunhos
para análise e comparação com o estipulado em projeto, porém o mesmo
representa as condições do topo e, no caso de não uniformidade do concreto
no restante do comprimento, a análise pode apresentar um resultado irreal,
sendo assim o procedimento não garante a totalidade da estaca. Para
estacas de grandes diâmetros, a sondagem rotativa é uma opção, porém não
muito comum devido ao seu alto custo e dificuldade de execução. Uma
alternativa para a avaliação qualitativa do concreto seria a comparação das
suas características com a velocidade da propagação das ondas através do
ensaio PIT, porém ainda assim, os resultados podem ser duvidosos devido à
dispersão das ondas durante o ensaio, que podem ocorrer devido a variações
na impedância causadas pela alteração no módulo de elasticidade ou peso
específico do concreto, influência do atrito lateral, irregularidade na seção da
estaca, entre outros, como pode ser visto mais detalhadamente no item
reservado para o ensaio PIT.
 Continuidade do concreto na estaca: o estrangulamento do fuste ou
alguma irregularidade na seção pode ser detectada através do ensaio PIT.
 Qualidade do solo da fundação: pode ser analisada através de ensaios in
situ tais como sondagem à percussão, porém cabe salientar que as estacas,
ao serem executadas, provocam deformações no solo que modificam sua
condição natural.
 Ensaios globais de fundação: além dos métodos citados acima, existem os
ensaios de carregamento dinâmico e de carga estática que são relativamente
caros e complexos, sendo necessária mão de obra especializada para sua
execução e interpretação.
57
Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), a avaliação do desempenho da estaca deve
ser feita através de prova de carga estática ou ensaio de carregamento dinâmico.
Como já mencionado acima, a análise de integridade é realizada através do ensaio
PIT, ainda não normatizado. Devido à importância e complexidade desses ensaios,
suas definições, características e métodos executivos, são abordados de forma mais
detalhada a seguir.
3.1.1
Ensaio de carregamento dinâmico
O ensaio de carregamento dinâmico, também conhecido como prova de carga
dinâmica, inicialmente foi desenvolvido para aplicação em estacas cravadas, porém
após algumas experiências constatou-se que sua aplicação também poderia ser feita
em estacas escavadas (NIYAMA et al., 1998).
O objetivo principal desse ensaio é obter a capacidade de carga das estacas e
assim verificar o comportamento da sua interação com o solo onde, através de uma
instrumentação adequada e após um carregamento dinâmico axial por meio da
aplicação de uma força de impacto no topo da estaca, aplica-se a teoria de equação
de onda (NIYAMA et al., 1998 e ABNT, 2007).
Quando uma estaca está sujeita à aplicação da força de impacto, as partículas do
material que a compõem sofrem aceleração, formando uma onda de compressão
que se propaga pelo fuste com uma velocidade c (Figura 3-2). Essa velocidade
depende das características dos materiais utilizados na composição das estacas.
Através das leis de Hooke e Newton e das forças atuantes nas estacas em uma
determinada seção em um intervalo de tempo ∆t, em um segmento ∆x e com
deslocamento ∆u, é possível obter a equação de onda:
u (x,t) = f (x - ct) + g (x + ct)
(Eq. 1)
Com esse princípio, é possível encontrar a força (F) e velocidade (c) das partículas,
que são proporcionais através de uma constante chamada impedância (Z), que pode
ser definida como a resistência imposta pela estaca à mudança de velocidade de
suas partículas. As medições fornecem valores totais desses elementos, que devem
ser divididos pelas ondas descendentes e ascendentes. Por meio da reflexão das
58
ondas ascendentes são estudados os componentes do entorno da estaca como o
atrito lateral, resistência de ponta e variação das camadas pela mudança da
impedância (NIYAMA et al., 1998).
Figura 3-2: Aceleração das partículas após a aplicação da força de impacto
Fonte: Gonçalves et al.(1996)
Os equipamentos necessários para a realização do ensaio de carregamento
dinâmico compreendem dispositivos para aplicação da força de impacto e
dispositivos para a instrumentação e leitura dos dados, conforme mostra a Figura 33.
Segundo a NBR 13208 (ABNT, 2007), para a aplicação da força de impacto, pode
ser utilizado martelo com massa e energia potencial capaz de provocar um
deslocamento permanente da ponta da estaca e mobilizar as camadas do solo
atravessadas pelo fuste. A Figura 3-4 mostra o ensaio sendo realizado e um modelo
de equipamento para aplicação da força.
59
Figura 3-3: Equipamentos necessários para a realização do Ensaio de Carregamento
Dinâmico
a) Equipamento PDA (PINI, 2010); b) Transdutor e acelerômetro instalados na estaca e c)
Bate-estacas convencional
Figura 3-4: Ensaio de carregamento dinâmico
Fonte: Campos (2011).
60
Para a instrumentação, são utilizados transdutores de deformação específica – que
fornecem dados de força – e acelerômetros que, por sua vez, fornecem dados de
velocidade e deslocamento (Figura 3-5).
Figura 3-5: Detalhe do transdutor e acelerômetro
Conforme os golpes vão sendo aplicados no topo da estaca, os sensores captam os
sinais fornecidos pelas ondas e transmitem aos equipamentos de leitura que os
processa. Existem alguns modelos de equipamentos, porém o mais usual no Brasil é
o PDA® (Pile Driving Anayzer), que pode ser visto na Figura 3-6. A partir daí,
através de métodos de cálculo, é possível obter diversas informações importantes
que analisam o desempenho da estaca (NIYAMA et al., 1998).
Figura 3-6: Equipamento PDA
61
É importante que todos os dados relacionados às estacas, ao solo, aos
equipamentos e aos instrumentos de leitura, inclusive a calibração do mesmo de ±
2% na faixa dos valores a serem medidos, estejam devidamente registrados antes
do início da execução do ensaio. Além disso, cabe frisar que em estacas escavadas
deve ser respeitado o tempo mínimo após sua execução para que a mesma adquira
resistência compatível com a máxima carga a ser aplicada durante o ensaio (ABNT,
2007).
O ensaio deve ser realizado por equipe técnica capacitada, com profissionais que
entendam sobre a teoria da propagação de ondas. Também é importante que os
dados de entrada sejam o mais fiel possível com as características da estaca
ensaiada para que os resultados sejam confiáveis.
Ao preparar as estacas para o ensaio, deve-se prever um sistema de amortecimento
entre o seu topo e o martelo para garantir a integridade da mesma. Esse sistema
pode ser feito através da execução de bloco de concreto no topo da estaca, com
resistência superior a mesma e características geométricas semelhantes, quando
possível, ou por meio de armadura de fretagem no topo ligada à armação do fuste,
ou ainda através de cintamento periférico com camisa de aço (ABNT, 2007).
Instalam-se então, no mínimo dois conjuntos formados por um transdutor e um
acelerômetro cada, na mesma seção transversal, aos pares e em posições
diametralmente opostas, para compensar excentricidade causada pelo impacto, com
distância abaixo do sistema de amortecimento de aproximadamente 3 vezes o
diâmetro da estaca para evitar problemas de leitura devido à grande perturbação
das ondas que ocorrem logo abaixo do ponto de aplicação da força. A fixação deve
ser feita sobre superfície lixada e lisa, de forma que os mesmos não se desloquem e
nem percam suas características iniciais durante o processo (Figura 3-7).
62
Figura 3-7: Fixação de transdutores
Fonte: Gonçalves et al.(2000)
Para estacas com diâmetro superior a 80 cm, a NBR 13028 (ABNT, 2007)
recomenda que sejam utilizados pelo menos seis transdutores, quatro de
deformação específica e dois acelerômetros.
Quando a estaca possui revestimento com camisa de aço não estrutural, a fixação
dos transdutores deve ser feita no núcleo do concreto e o impacto do martelo não
deve atingir a camisa de aço.
A referida Norma ainda menciona que, em estacas onde o revestimento com camisa
de aço faz parte do seu conjunto estrutural, a velocidade de onda deve ser avaliada
antes do ensaio e comparada com a velocidade real obtida.
Para a aplicação dos golpes de impacto, pode-se utilizar energia crescente, onde a
queda do martelo é feita através de alturas variáveis e crescentes, ou através de
energia constante, neste caso a altura da queda é igual durante todo o processo do
ensaio. Cabe ressaltar que ao aplicar os golpes do martelo na estaca, deve-se tomar
cuidado para que a mesma não entre em regime de cravação (ABNT, 2007 e
VALVERDE, 2006).
Após a leitura de dados realizada pelo PDA®, os cálculos para determinação da
capacidade de carga podem ser feitos pelo método simplificado CASE® ou pelo
método numérico CAPWAP®, que são descritos a seguir:
63
 Método simplificado CASE®
A cada golpe aplicado na estaca pode-se encontrar as informações de carga
mobilizada na interface entre solo-estaca, integridade estrutural, tensões
máximas compressivas e de tração, deslocamento máximo e máxima energia
transferida. Segundo Joppert Júnior (2007) esse método “assume que a sua
resistência dinâmica está concentrada na ponta da estaca, sendo que ela é
função do coeficiente de amortecimento dinâmico (Ic), que depende do solo
onde a ponta da estaca está instalada”. A NBR 13208 (ABNT, 2007)
menciona que os dados obtidos por este método devem ser confirmados pelo
método numérico CAPWAP® ou por uma prova de carga estática realizada
conforme a NBR 12131 (ABNT, 2006). A Figura 3-8 mostra o sinal típico
obtido em campo para a análise pelo método CASE®.
Figura 3-8: Sinal típico obtido em campo
Fonte: Gonçalves et al.(1996)
 Método numérico CAPWAP®
É um programa desenvolvido pela empresa Goble, mais completo, que
elabora tabelas, gráficos e diagramas com dados de capacidade de carga do
fuste e da ponta das estacas; parâmetros para modelar o comportamento do
solo; forças, tensões, energias, velocidades e deslocamentos durante o golpe;
resultados
do
método
CASE®
para
os
diversos
coeficientes
de
amortecimento dinâmico; capacidade de carga à tração e simulação do
desenvolvimento dos recalques.
64
A Figura 3-9 ilustra um modelo de análise CAPWAP®, onde no primeiro
gráfico (superior esquerdo) é apresentado o ajuste das forças medidas em
campo e calculadas pelo método. Quanto maior o ajuste (sobreposição das
curvas), maior a precisão do valor de resistência mobilizada. No gráfico
superior direito, são expostos os sinais de força e velocidade, medidos pelos
sensores. O gráfico inferior à esquerda mostra a simulação de uma prova de
carga estática da estaca analisada com os valores obtidos de resistência
lateral, de ponta e total e também de seus deslocamentos. No último gráfico,
a parte superior demonstra a distribuição do atrito lateral unitário ao longo do
fuste da estaca e a parte inferior a distribuição da resistência do solo.
Figura 3-9: Modelo de análise CAPWAPC®
Fonte: CAMPOS (2003).
Os resultados são apresentados através de relatório elaborado pelo executor
do ensaio, que deve conter o seguinte: dados gerais; dados dos
65
equipamentos utilizados para execução da estaca; dados da estaca ensaiada;
dados da execução da estaca e dados do ensaio.
A NBR 13208 (ANBT, 2007) recomenda que o ensaio de carregamento
dinâmico seja realizado em pelo menos 5% das estacas da obra e em número
mínimo de três ensaios.
3.1.2
Ensaio PIT
O PIT (Pile Integrity Tester) é um ensaio que se baseia na propagação de ondas de
tensão ao longo do fuste da estaca, provocadas pelo golpe de um martelo de mão
em seu topo. Através de acelerômetros de alta sensibilidade instalados na fundação
e fixados por meio de material viscoso, geralmente cera de petróleo, e de um display
que o equipamento possui, a resposta da excitação provocada na estaca é
verificada pela análise da curva do eco refletido. A Figura 3-10 mostra o
equipamento utilizado no ensaio.
Sistema de aquisição
e análise dos dados
Acelerômetro
Martelo de mão
Figura 3-10: Equipamento para o ensaio PIT
Fonte: Campos (2011).
A teoria em que o ensaio PIT está fundamentado é conhecida há muito tempo. A
princípio era utilizado como pesquisa, sendo aplicado através de equipamentos
ultrapassados, entretanto a evolução de conhecimentos relativos à eletrônica e
computação permitiu a aplicação do ensaio como ele é conhecido hoje. Esse ensaio
começou a ser difundido no Brasil na década de 90.
66
O ensaio PIT é um método não destrutivo, ou seja, não provoca danos à estrutura
quando realizado e tem como finalidade principal a verificação da integridade da
estaca, com a detecção e localização de falhas como estrangulamento ou
alargamento do fuste e variações das características da sua composição ao longo da
profundidade. Também permite determinação do comprimento da estaca (CAMPOS
e BEIM, 1992).
Esse ensaio pode ser aplicado em estacas recém executadas para a adoção de
medidas corretivas em caso de constatação de anomalias e em construções já
existentes, como forma de analisar as condições das fundações, verificando a
ocorrência de patologias que necessitem de reparos. Caso as estacas já executadas
possuam bloco de coroamento a interpretação dos dados obtidos, em geral, se torna
mais dificultosa, como é exposto adiante.
Valverde (2006) aconselha que, se necessário, pode-se acessar o fuste através de
escavação e, através de um nicho na estaca e a instalação dos sensores, aplicar
golpes na mesma. Nesses casos o posicionamento do nicho é feito de forma
conveniente ao acesso, sendo importante que a sua superfície esteja lisa e seca e
necessário o conhecimento da distância dessa superfície à ponta da estaca. As
Figuras 3-11 e 3-12 mostram, respectivamente, um croqui para a execução do
ensaio em estacas com bloco de coroamento e uma foto dessa situação.
Figura 3-11: Croqui do nicho para execução do ensaio em estacas com bloco de
coroamento
Fonte: Adaptação de PDI (2006).
67
Figura 3-12: Foto do nicho para execução do ensaio em estacas com bloco de
coroamento
Fonte: PDI (2006).
Ao sofrer o impacto do martelo, as ondas de tensão se propagam ao longo do fuste
a uma velocidade de propagação que depende somente das características dos
materiais que a compõem e é dada pela seguinte fórmula:
(Eq. 2)
Onde c é a velocidade, E é o módulo de elasticidade e ρ é a densidade de massa do
material da estaca.
A velocidade da onda no concreto varia conforme suas características, porém temse como usual o intervalo entre 3300 m/s e 4000 m/s.
As ondas podem sofrer reflexões decorrentes da variação da impedância, ao
encontrar qualquer singularidade referente à variação das características do
elemento, como estrangulamento ou alargamento da seção, alteração no módulo de
elasticidade e peso específico do material, assim como a presença de atrito lateral
ou resistência de ponta (Figura 3-13) (CAMPOS e BEIM, 1992).
68
Figura 3-13: Princípio da reflexão de ondas
Fonte: Kormann (2002) apud Andraos (2009).
A impedância da estaca é definida por:
(Eq. 3)
Onde Z é a impedância e A é a área da seção da estaca.
Quando atingem o sensor, as reflexões alteram bruscamente a velocidade de
deslocamento da partícula. Havendo um aumento da impedância há queda da
velocidade e vice-versa. No final da estaca há uma grande redução da impedância,
sendo assim verifica-se o aumento da velocidade. Dessa forma, a análise da curva
da velocidade fornece informações com relação à integridade da estaca.
Conhecendo-se a velocidade de propagação da onda através da equação 2, que é
um valor fixo, e medindo-se o intervalo de tempo entre a aplicação do golpe até a
variação da velocidade, que indica a existência da singularidade, é possível detectar
a sua localização ou a ponta da estaca multiplicando-se os dois valores.
Da mesma forma, considerando-se que a onda percorre duas vezes o comprimento
entre o instante em que é gerada pelo golpe do martelo até o momento que atinge o
sensor no seu retorno, é possível concluir que qualquer aumento de velocidade (e
69
consequentemente redução da impedância) que ocorra antes de 2L/c, que
corresponde ao instante onde há o aumento da velocidade devido a ponta da
estaca, pode indicar descontinuidade ou redução da seção da estaca, do módulo de
elasticidade ou do seu peso específico (CAMPOS e BEIM, 1992).
A Figura 3-14 simula a dissipação das ondas ao longo de uma estaca que sofreu
alargamento do fuste no trecho superior.
Figura 3-14: Simulação de resultado para estaca com alargamento de seção
Fonte: PDI (2006).
A parte superior da figura reproduz a forma que o aparelho do ensaio apresenta os
resultados, que é a evolução da velocidade com o tempo. As linhas coloridas
representam as ondas propagadas na estaca. É possível verificar que, ao encontrar
a singularidade, parte da onda continua a percorrer o fuste da estaca e parte é
refletida no ponto onde há a redução da impedância. Através dessa análise verificase que há uma dificuldade de interpretação do resultado, visto que a parcela de
onda refletida após a singularidade é novamente refletida ao reencontrar a redução
de impedância.
Os dados gerados nesse ensaio podem mascarar um eventual dano que ocorra no
trecho inferior à primeira anomalia detectada (VALVERDE, 2006). A Figura 3-15
seguinte representa o resultado para estacas íntegras, com redução e aumento de
impedância, respectivamente.
70
Figura 3-15: Exemplos da representação dos sinais de velocidade
Fonte: Kormann (2002) apud Andraos (2009).
É importante salientar que um bom preparo da estaca para a execução do ensaio é
fundamental. Superfícies com concreto de má qualidade, rugosas, molhadas, não
uniformes e compostas de material diferente da composição das estacas como
argamassas, concreto magro ou qualquer outro provocam alteração na dissipação
das ondas devido às características e comportamentos divergentes ao das estacas,
prejudicando a interpretação do resultado e induzindo a erros. Não é necessário que
as estacas já estejam cortadas na cota de arrasamento, porém nessa situação, caso
haja algum dano grave entre o topo e a cota de arrasamento dificultará a detecção
de outros danos que porventura possam existir abaixo deste, prejudicando o
resultado do ensaio.
A Figura 3-16 mostra uma estaca que foi devidamente preparada para o ensaio, com
superfície alisada por lixadeira.
71
Figura 3-16: Superfície da estaca preparada para o ensaio
Fonte: PDI (2006).
Antes da aplicação do ensaio é necessário observar o tempo de cura do concreto da
estaca. É recomendável que o concreto tenha atingido pelo menos a sua resistência
nominal para a execução do ensaio, visto que se executado antes do processo
completo de cura podem ocorrer variações da sua resistência ao longo do fuste, que
podem ser interpretadas como possíveis danos (VALVERDE, 2006).
Outro fator que ocasiona reflexões na onda e por consequência acarreta variações
na sua velocidade é a resistência do solo. Tendo o ensaio a função de detectar
danos na estaca, é importante diferenciar a origem das causas das reflexões, pois
reflexões causadas por resistência do solo podem ser confundidas com anomalias
na sua constituição.
Nesse sentido é possível fazer um comparativo com o sinal de outras estacas da
obra ou analisar os resultados da sondagem. A resistência do solo pode provocar
redução de intensidade da onda, tornando-a tão reduzida que, algum dano existente
após esse ponto ou até mesmo a ponta da estaca a tornem imperceptível ao
aparelho.
Dessa forma, segundo Campos e Beim (1992) o ensaio se limita a profundidades de
até 30 vezes o diâmetro da estaca, limite esse que está relacionado à porcentagem
72
de atrito lateral que incide sobre a estaca, que é função do tipo do solo que a estaca
atravessa e da forma como a mesma transfere as cargas ao terreno, ou seja, por
atrito lateral, resistência de ponta ou ambos. Outro fator que influencia no resultado,
muitas vezes inutilizando-o, ocorre quando há anomalias severas que impedem a
transmissão da onda.
Uma deficiência do ensaio PIT ocorre quando existem danos bem próximos ao topo
da estaca, porque as reflexões que os defeitos no topo geram retornam ao topo
como aumento de velocidade, enquanto o aparelho ainda mostra a aceleração da
velocidade provocada pelo golpe do martelo. Nesse caso, uma forma de averiguar é
comparar o sinal obtido com o do golpe em outras estacas ou saber qual o sinal de
força que foi aplicado pelo martelo. Para isso foi idealizado o PIT FV, que utiliza um
martelo instrumentado com um acelerômetro acoplado para a obtenção do sinal de
força que foi aplicado pelo mesmo (CAMPOS e BEIM, 1992). A força é obtida
através da multiplicação da aceleração do martelo pela sua massa e, por meio desse
valor, é possível analisar em comparação com a velocidade de propagação das
ondas a ocorrência de redução ou aumento da impedância ou presença de atrito
lateral.
Campos e Beim (1992) esclarecem que, mesmo sendo possível detectar danos nas
estacas e as suas localizações, o ensaio PIT não fornece informações precisas
sobre a intensidade das anomalias. Dessa forma, a análise PITWAP feita por
computador gera o traçado do “diagrama de impedâncias”, onde a estaca é dividida
em segmentos e a impedância relativa a cada trecho é calculada automaticamente
por um software, gerando uma modelagem da estaca que permite análise mais
aprofundada da localização do dano.
Segundo Valverde (2006), o ensaio PIT tem como vantagens a facilidade e rapidez
na execução, a utilização de equipamento de fácil transporte e é um ensaio barato
se comparado a outros com a mesma função. Com ele é possível verificar a
existência de danos na superfície do fuste e para a sua aplicação não é necessário
nenhum preparo durante a execução da estaca. Em contrapartida, não possui muita
precisão quanto à intensidade do dano, dessa forma danos irrelevantes podem ser
interpretados como graves. Quando há grandes variações nas características do
material, apresenta dificuldade na detecção de um segundo dano após esse trecho;
pode ainda apresentar dificuldade para a interpretação dos resultados para alguns
73
casos (reflexões da onda por atrito lateral, por exemplo) e apresenta dificuldade de
detectar danos muito próximos a ponta.
Campos (2005) considera que as inovações do ensaio como o PIT FV e PITWAP,
juntamente com o histórico da evolução da aplicação do ensaio, que vem sendo
cada vez mais aceito e utilizado, tornam o ensaio PIT uma importante ferramenta
para a análise da integridade das estacas. Embora seus resultados nem sempre
sejam conclusivos com relação à intensidade do dano, mostram que existem
problemas e que devem ser tomadas providências para se conhecer suas causas.
Quando há a indicação de anomalias no resultado do ensaio, a análise dos
resultados da sondagem e dos boletins de controle executivo complementa as
informações e auxilia na interpretação do resultado, assim como a análise conjunta
dos resultados dos ensaios de carregamento dinâmico e prova de carga estática.
3.1.3
Prova de carga estática
Este ensaio consiste em aplicar esforços estáticos crescentes nas estacas para
avaliar seu comportamento com o solo e verificar seu desempenho com relação à
ruptura e recalques. As cargas devem ser aplicadas de forma a aproximar o quanto
possível às solicitações necessárias quando em uso, ou seja, devem ser
posicionadas de forma a atender carregamentos verticais, horizontais, inclinados e
esforços de tração e compressão a que a estaca esteja sujeita (ABNT, 2006 e
NIYAMA et al., 1998).
Existem diversas maneiras de executar a prova de carga estática, as mais comuns
são ensaios lentos, onde a carga é mantida até a estabilização; ensaio rápido, sendo
que a carga é mantida por um determinado período pré estabelecido e ensaios de
carga cíclica, ao qual deve atender a um tipo de carregamento padrão. O ensaio
incremental lento é o que mais se aproxima do real.
Quando o carregamento é executado de forma lenta, os recalques geralmente são
maiores e a capacidade de carga menores, pois as deformações sofridas pela
estaca ao longo do tempo no decorrer do carregamento são devidas ao creep
(deformações viscosas).
74
No carregamento rápido, a velocidade do carregamento pode fornecer um resultado
enganoso devido a sua influência no comportamento do solo com a estaca, porém,
como o carregamento lento demanda muito tempo para estabilização, muitas vezes
torna-se inviável sua utilização na obra, daí a necessidade da utilização do
carregamento rápido (PRESA e POUSADA, 2004).
O gráfico comparativo entre os resultados obtidos pelos dois métodos de
carregamento pode ser observado na Figura 3.17:
Figura 3-17: Curvas carga x recalque para carregamento lento e rápido
Fonte: Presa e Pousada (2004).
Segundo a NBR 12131 (ABNT, 2006), a aplicação da carga em geral é realizada
através de um ou mais macacos hidráulicos alimentado por bombas que atuam
contra um sistema de reação estável e a leitura do carregamento é feita através de
manômetro. Para a medida dos deslocamentos verticais, são instalados quatro ou
mais extensômetros em vigas de referência, conforme mostra a Figura 3-18.
75
Figura 3-18: Macaco hidráulico e extensômetros
Fonte: Geofix (2010).
O sistema de reação da prova de carga pode ser feito através de plataforma
carregada (cargueira), onde a mesma é sustentada por cavaletes ou “fogueiras”
conforme mostra a Figura 3-19.
Cargueira
Fogueira
Figura 3-19: Sistema de reação por cargueira
Fonte: Geofix (2011).
O sistema de reação também pode ser feito com estruturas fixadas no terreno
através de elementos tracionados, como conjunto de estacas definitivas ou
76
executadas apenas para o ensaio, ou ainda por meio de tirantes ancorados no
terreno, conforme pode ser observado no esquema da Figura 3-20 e na foto da
Figura 3-21.
Figura 3-20: Esquema de montagem para ensaio com estruturas apoiadas por tirantes
Fonte: Gonçalves et al.(1996).
77
Figura 3-21: Ensaio com estruturas apoiadas por tirantes
Fonte: Campos (2011).
Esses sistemas devem ser preparados e posicionados de modo que quando a carga
for aplicada, a mesma atue na direção desejada sem produzir vibrações ou choques.
Durante todo o processo do ensaio o comportamento dos sistemas deve ser
verificado, para garantir a segurança.
Antes do início do ensaio os dados referentes às estacas a serem ensaiadas e os
dados geológicos e geotécnicos devem ser verificados. O topo da estaca deve estar
devidamente preparado para receber a carga sem danificar sua integridade. Deve-se
aplicar o carregamento somente depois que a estaca atingir resistência compatível
com a carga máxima aplicada durante o ensaio (ABNT, 2006).
Durante a prova de carga, a estaca recebe carregamento até sua ruptura ou até
duas vezes o valor especificado no projeto.
Como dito anteriormente, o
carregamento pode ser feito de algumas formas, os mais utilizados são o
carregamento lento e carregamento rápido, que são descritos a seguir conforme os
parâmetros da NBR 12131 (ABNT, 2006).
O carregamento lento é efetuado em estágios iguais e sucessivos, não
ultrapassando 20% da carga de trabalho prevista em projeto durante cada estágio
com duração de 30 minutos. A cada estágio, deve-se efetuar leituras em tempos
duplicados (2, 4, 8, 15 e 30 minutos) e, após os primeiros 30 minutos, efetuar a
leitura de 30 em 30 minutos até atingir estabilização, sendo que o sistema é
78
considerado estabilizado quando a leitura entre dois intervalos de tempo não tenha
medida de recalque superior a 5% do medido no estágio. Se a estaca não romper, o
carregamento máximo deve ser mantido por 12 horas após a estabilização do
recalque. O descarregamento é feito por etapas com tempo mínimo de 15 minutos
entre uma e outra e as leituras devem continuar sendo feitas até completa
estabilização.
O ensaio rápido é realizado também em estágios iguais e sucessivos, porém não
deve ultrapassar 10% da carga de trabalho prevista em projeto durante cada estágio
com duração de 5 minutos, conforme recomenda a Norma. Nesse processo não se
espera a estabilização dos deslocamentos para o carregamento do estágio posterior
e as leituras são realizadas apenas no início e no final do estágio. Quando a carga
máxima do ensaio é atingida, inicia-se o descarregamento por etapas com tempo de
5 min entre elas, efetuando a leitura dos deslocamentos. Após 10 min do
descarregamento total é realizada uma leitura final.
Os resultados devem ser apresentados em forma de relatório, contendo os dados
gerais sobre o ensaio realizado, características e dados da estaca ensaiada e do
solo, dados dos equipamentos utilizados, anomalias e paralisações ocorridas
durante o ensaio, tabela com as leituras tempo versus recalque e carga versus
recalque e gráfico contendo curva de carga versus deslocamento (Figura 3-22)
(ABNT, 2006).
Figura 3-22: Exemplo de curva “carga x recalque”
Fonte: Presa e Pousada (2004).
79
Segundo Presa e Pousada (2004), o gráfico de carga x recalque deve apresentar os
valores do recalque total medido e das parcelas de seus componentes, o recalque
residual ou plástico e o recalque elástico ou resiliente.
Quando ocorre a ruptura nítida da estaca após um certo carregamento, é definida a
sua capacidade de carga. Porém, às vezes, a estaca é submetida ao carregamento
e pode não apresentar ruptura nítida. Isso pode ocorrer em duas situações: quando
a capacidade da estaca é superior à carga que se pretende aplicar ou quando a
estaca é carregada até apresentar recalques elevados, mas que não configurem
uma ruptura nítida. (ABNT, 2010)
Neste caso, pode-se extrapolar a curva carga x recalque para determinar a carga de
ruptura através de cálculos baseados na Engenharia Geotécnica constantes na NBR
6122 (ABNT, 2010). Além do método existente na Norma, é possível extrapolar a
curva por meio de outros métodos de cálculo, dentre eles os mais conhecidos são o
Método de Van der Veen e o Método de Davisson. (ABNT, 2010; GONÇALVES et
eal., 1996 e PRESA E POUSADA, 2004)
Para avaliar a carga admissível das estacas é importante observar que a NBR 6122
(ABNT, 2010) determina um fator de segurança de 2,0. Além disso, para essa
avaliação, a natureza do terreno, a velocidade do carregamento e a estabilização
dos recalques são aspectos importantes que devem ser considerados na
interpretação dos resultados.
A NBR 6122 (ABNT, 2010) define a quantidade necessária de ensaios de prova de
carga conforme o tipo de estaca e a tabela abaixo (tabela 3-1). Quando o número de
estacas for superior ao da coluna B, deve-se executar o ensaio em pelo menos 1%
das estacas do mesmo tipo. Se as estacas forem utilizadas com tensões maiores às
estipuladas na coluna A, deve-se executar o ensaio independente do número de
estacas.
A Norma permite que as cargas estáticas sejam substituídas por ensaios de
carregamento dinâmico. Para tanto, deve-se adotar para cada prova de carga
estática três carregamentos dinâmicos quando o número de estacas da obra está
entre o valor da coluna B e o dobro desse valor, da tabela 3-1 seguinte. Acima desse
valor, é obrigatória pelo menos uma prova de carga estática.
80
Tabela 3-1: Quantidade de provas de carga
Fonte: ABNT (2010).
81
4
MÉTODO DE TRABALHO
O desenvolvimento desse trabalho foi realizado primeiramente através de pesquisas
em livros didáticos, consultas a dissertações e teses de graduação e pós graduação,
Normas técnicas da ABNT, notas de aulas pertencentes aos autores do presente
trabalho e manuais de especificações constantes no acervo da faculdade.
Acessos a sites de associações relacionadas a fundações e geotecnia, empresas
fornecedoras e executoras de serviços ligados a essa área também contribuíram de
forma significativa para o desenvolvimento da pesquisa.
Com o intuito de conhecer melhor os aparelhos e os métodos de ensaios pósexecutivos, fez parte desse estudo visita ao Instituto de Pesquisas Tecnológicas
(IPT) e uma visita à obra na cidade de Taubaté (SP), onde foram realizados ensaios
de carregamento dinâmico em estacas pré-moldadas de concreto.
82
5
ESTUDO DE CASO
A construção do Parque Eólico de Osório iniciou-se em outubro de 2005 e é hoje o
maior complexo gerador de energia eólica da América Latina, com cerca de 150MW
de potência instalada.
A energia eólica é obtida através do movimento do ar e gerada através dos
aerogeradores,
também
conhecidos
como
cataventos
(Figura
5.1).
Os
areogeradores são instalados no topo de torres, que por sua vez devem estar
fixadas em bases de apoio que receberão além das cargas verticais e horizontais,
também as de momento fletor.
Por esse motivo, essas bases devem estar apoiadas em fundações devidamente
dimensionadas e executadas de forma a receberem essas cargas, suportá-las e
distribuí-las ao terreno.
Figura 5-1: Aerogeradores do Parque Eólico de Osório
Fonte: Ventos do Sul Energia (2011).
5.1
Localização
O Parque Eólico de Osório está localizado na região sul do Brasil, na cidade de
Osório no Rio Grande do Sul, conforme mapa de localização na Figura 5.2.
83
Figura 5-2: Localização do Parque Eólico de Osório /RS
Fonte: Google (2011).
5.2
Características geológico-geotécnicas
Segundo Debas et al. (2006), a costa do Estado do Rio Grande do Sul apresenta
registros de flutuações do nível relativo do mar, essas flutuações são responsáveis
pelos depósitos cenozóicos marinhos compostos basicamente por areias quartzosas
finas a médias, arredondadas, por vezes avermelhadas, intercaladas por argilas de
coloração cinza, com fragmentos de conchas em profundidades de 20 a 25 metros.
Na região do parque foram executados ensaios de sondagem a percussão e ensaio
de cone com medida de poro-pressão, que basicamente caracterizaram o perfil
geotécnico com cerca de 2 metros de solos argilosos seguidos por uma grande
camada de areia. Entre 19 e 30 metros encontram-se camadas de argila mole a rija
de espessuras variando de 3 a 7 metros. Abaixo dessa camada argilosa, ocorre
novamente areia, até o final das sondagens.
A Figura 5.3 demonstra um perfil típico da região mencionada.
84
Figura 5-3: Perfil Geotécnico – Parque Eólico de Osório
Fonte: Debas et al. (2006).
A análise do perfil de sondagem permite constatar que no início do ensaio, da
profundidade de 1 metro até aproximadamente 10 metros a compacidade da areia
vai crescendo gradativamente conforme a profundidade, que vai de fofa até muito
compacta. Entre as profundidades de 10 metros até 16 metros é possível perceber
que os números de SPT variam entre as faixas de 30 a 50, classificando o solo
arenoso desse trecho de compacto a muito compacto.
Após essa profundidade começa existir uma redução gradativa nessa compacidade
até atingir os 19 metros, chegando a uma classificação de compacidade média da
areia. A compacidade aumenta novamente e, aos 20 metros, já é constatada areia
muito compacta até aproximadamente 23,5 metros de profundidade, onde a
compacidade começa a reduzir chegando à classificação de areia muito fofa até a
camada de argila.
85
Os 5 primeiros metros da camada de argila são classificados como mole, que depois
começa a ganhar consistência conforme a profundidade até alcançar, aos 31 metros
de profundidade, outra camada de areia. Esta, por sua vez, é classificada como
compacta a muito compacta, até o limite da sondagem, aproximadamente 33 metros.
É possível verificar também a existência de um pré-furo realizado no ensaio de cone
de aproximadamente 13 metros de comprimento, iniciando na cota 7 e terminando
pouco depois de 20 metros de profundidade. Esse pré-furo foi feito por um trado
denominado Hollow com o objetivo de atravessar a camada altamente resistente do
solo, onde a carga aplicada pelo sistema de reação não foi suficiente para que o
cone penetrasse no terreno, havendo o risco de ocorrer a instabilidade do
equipamento ou danos na ponteira do cone, que prejudicariam a precisão do ensaio.
No trecho indicado o ensaio foi interrompido, sendo retomado após a camada de
solo de alta resistência.
É possível verificar que logo após a retomada do ensaio, na cota aproximada de 20
metros, há uma nova interrupção que, analisando em conjunto com o resultado do
ensaio SPT, se justifica pelo aparecimento de uma nova camada de solo resistente.
Também é possível observar que na sondagem SPT há o pré-furo previsto em
Norma de 1 metro e onde, conforme anteriormente descrito no item 2.2.1, o material
do solo é extraído para análise da chamada amostra zero.
5.3
Definições do projeto
O Parque Eólico de Osório possui 75 aerogeradores, que estão igualmente divididos
em três sítios: Osório, Sangradouro e Índios. As hélices dos aerogeradores possuem
70 m de diâmetro e suas torres tem cerca de 98 metros de altura. Suas bases são
circulares com 16,4 m de diâmetro e de concreto, apoiadas em fundações
profundas. Na Figura 5.4 pode ser observada a execução dessas bases.
Essas fundações profundas são do tipo hélice contínua monitorada ou estaca
metálica cravada. A distribuição e localização dos tipos de estacas variam de acordo
com as características geológicas e geotécnicas do terreno.
86
Figura 5-4: Execução da base dos aerogeradores
Fonte: Ventos do Sul Energia (2011).
As estacas tipo hélice contínua tem diâmetro de 50 cm e foram dimensionadas para
cargas de trabalho de 1450 kN de compressão, 300 kN de tração e 50 kN de esforço
horizontal. Para as estacas metálicas foram adotados perfis de seção H
(HP3310x110), inclinados 8 graus em relação à vertical, dimensionados para cargas
de trabalho de 1450 kN de compressão e 250 kN de tração. Para cada base foram
executadas 32 estacas, independente do tipo.
5.4
Métodos de controle utilizados durante a execução
Debas et al. (2006) menciona que o controle de qualidade das fundações envolveu o
acompanhamento da qualidade dos diversos materiais que as constituíram, através
da execução e análise dos ensaios para os agregados, cimento, água, aço, aditivos
e concreto utilizados. Houve também um rigoroso cuidado com a locação das
estacas, assim como com a profundidade, torque, velocidade de subida do trado e
pressão de injeção do concreto. Não foi apresentado o relatório obtido através do
monitoramento pelo Taracord CE para a execução das estacas tipo hélice contínua,
que forneceria informações como torque, profundidade da ponta do trado com
relação ao terreno, velocidade de rotação da mesa rotativa, percentual de volume
acumulado e sobre-consumo parcial dos últimos 50 cm concretados e total.
87
5.5
Ensaios pós-executivos realizados
Para análise das condições e desempenho das fundações executadas foram
utilizados os ensaios de integridade, ensaios de carregamento dinâmico e provas de
carga estática.
Nas provas de carga estática foram aplicados carregamentos verticais (compressão
e tração) e horizontais.
5.6
Resultados obtidos
5.6.1
Ensaio de integridade PIT
Na obra do Parque Eólico de Osório, 1750 estacas foram submetidas ao
ensaio de integridade. A análise resultou basicamente quatro situações
distintas, onde foi possível verificar estacas íntegras, sendo algumas com e
outras sem o sinal de ponta visível, estacas com redução de impedância e
estacas com comprimento inferior ao especificado em projeto.
A distribuição dos comportamentos verificados nas estacas ensaiadas pode ser
observada através do gráfico apresentado na Figura 5.5.
Figura 5-5: Ensaio PIT – Distribuição dos comportamentos verificados
Fonte: Adaptação Debas et al. (2006).
88
Nos casos onde foram constatadas reduções significativas de impedância o
posicionamento das prováveis anomalias foi verificado, assim como a situação
das estacas adjacentes. Após essa análise foram utilizados reforços onde
ocorreram não-conformidades que comprometiam o desempenho da estrutura.
O aumento da velocidade geralmente verificado na ponta da estaca pode não
ser apresentado pela influência do atrito lateral, que reduz a propagação das
ondas ao longo do fuste da estaca, por um baixo impacto do martelo ao
golpear o topo da estaca ou em casos de estacas muito longas. Dessa forma,
as estacas cuja continuidade era constatada, porém o sinal da ponta não era
claramente visível foram consideradas íntegras.
Foi verificado que a velocidade típica de propagação da onda no concreto
estava entre 3.400 e 4.400 m/s, valores esses calculados com base no
comprimento informado das estacas. Dessa forma, os casos onde a resposta
de ponta era identificada, porém eram observadas velocidades de onda
superiores a esse valor foram interpretados como um indicativo de que o
comprimento das estacas era inferior ao especificado em projeto. A
necessidade de reforço dessas estacas foi avaliada por meio de provas de
carga estática.
A Figura 5.6 mostra os sinais obtidos por meio do ensaio de integridade.
89
Figura 5-6: Ensaio PIT – Sinais típicos observados
Fonte: Debas et al. (2006).
90
5.6.2
Ensaio de Carregamento Dinâmico
Para a análise da capacidade de carga das estacas utilizadas nas fundações
dos aerogeradores do Parque Eólico de Osório, o ensaio de carregamento
dinâmico foi realizado em 18 estacas hélice contínua e em 48 estacas
metálicas. Tendo em vista que o trabalho aborda apenas as análises em
estacas estacavas, são apresentados apenas os resultados obtidos para as
estacas desse tipo.
Nas estacas ensaiadas foram executados blocos de reforço com seção
quadrada e armadura dimensionada para resistir ao impacto dos golpes, que
foram efetuados através de um martelo de queda-livre com peso do pilão de 50
kN. O amortecimento do golpe ocorreu por meio de um coxim de madeira
posicionado sobre o bloco de coroamento.
A Tabela 5.1 resume os principais resultados encontrados nos ensaios de
carregamento dinâmico realizados nas estacas hélice contínua.
Tabela 5-1: Quadro resumo – Carregamento Dinâmico em estacas Hélice Contínua
Fonte: Debas et al. (2006).
91
A Figura 5.7 apresenta as curvas de resistência mobilizada em cada golpe
(RMX) versus a energia transferida à estaca (EMX).
Figura 5-7: Curva Carga x Energia transferida
Fonte: Debas et al. (2006).
Na análise do gráfico é possível verificar uma discrepância dos resultados
obtidos para diferentes estacas, divergência essa que pode ser justificada pela
heterogeneidade do solo onde cada uma foi executada.
5.6.3
Prova de Carga Estática
As provas de carga estática à compressão, tração e carregamento horizontal
foram realizadas para a análise do comportamento carga recalque dos
elementos de fundação e seguiram o método de carregamento rápido,
conforme procedimento descrito no item 3.1.3 desta pesquisa.
Nas estacas hélice contínua, os trabalhos envolveram um ensaio de
compressão em uma estaca teste (base OAG 09), dois ensaios de tração nas
estacas R3 e R4 da base OAG 09 e dois ensaios com carregamento horizontal
92
nos elementos Teste e R3 da mesma base. A prova de carga à compressão
estava projetada para um carregamento máximo de 3.000 kN, no entanto a
ruptura da interação estaca-solo foi atingida com 2536 kN.
A estaca Teste da base OAG 09 havia sido ensaiada com uma prova de carga
dinâmica anteriormente à execução do ensaio estático. Conforme os dados da
Tabela 6.1, a carga mobilizada no ensaio de carregamento dinâmico desse
elemento foi de 2662 kN, resultado este muito próxima à carga de ruptura
obtida na prova de carga estática (2536 kN).
As Figuras 5.8, 5.9 e 5.10 apresentam as curvas carga versus deslocamento
dos ensaios para a aplicação de cargas de compressão, tração e carga
horizontal, respectivamente.
Figura 5-8: Prova de carga estática à compressão em estacas hélice contínua –
curva carga aplicada versus deslocamento.
Fonte: Debas et al. (2006).
93
Como se pode observar no gráfico anterior, após a retirada de todo o
carregamento, o valor do deslocamento ficou muito próximo do valor no início
do descarregamento, o que indica que quase toda a deformação que ocorreu
foi permanente e que não houve recalque elástico.
Isso se deve ao fato de que o carregamento em que a estaca foi submetida foi
rápido, ou seja, para aplicação das cargas sucessivas não se espera a
estabilização da estrutura. Provavelmente se a estaca fosse submetida ao
carregamento lento, a deformação teria uma magnitude bem maior. Portanto
no método de carregamento rápido, a análise dos deslocamentos deve ser feita
com cautela, devido a não estabilização dos mesmos durante o ensaio.
Figura 5-9: Prova de carga estática à tração em estacas hélice contínua – curva
carga aplicada versus deslocamento.
Fonte: Debas et al. (2006).
94
Figura 5-10: Prova de carga estática com carregamento horizontal em estacas
hélice contínua – curva carga aplicada versus deslocamento.
Fonte: Debas et al. (2006).
95
6
ANÁLISE DOS RESULTADOS
A análise dos sinais típicos observados no ensaio de integridade PIT permite
verificar o aumento de velocidade decorrente do golpe aplicado pelo martelo no topo
da estaca, porém nos quatro resultados típicos apresentados na Figura 5.6 o sinal
da velocidade apresentou um comportamento distinto.
No primeiro gráfico dos resultados obtidos para a estaca E8, com comprimento de
13,77 metros, é possível verificar que não houve aumento nem redução da
velocidade de propagação da onda ao longo do fuste até aproximadamente 14
metros, onde houve um novo pico de velocidade caracterizando a redução de
impedância pela ponta da estaca. Nesse caso foi possível concluir que a estaca
estava íntegra, visto que não houve nenhuma alteração na velocidade da onda antes
do seu comprimento informado.
No segundo caso, para a estaca E3 ensaiada não houve o aumento da velocidade
na ponta para o instante previsto – comprimento de 21,80 – metros conforme dados
geométricos inseridos para o ensaio e, dessa forma, o comprimento da estaca não
pôde ser confirmado, porém a análise do comportamento da propagação da onda ao
longo do fuste permite observar que também não houve alteração na velocidade,
caracterizando a estaca como íntegra. Como já mencionado anteriormente, em
casos de estacas muito longas, ou quando há uma grande influência do atrito lateral
ou ainda em casos de baixo impacto do martelo esse tipo de resultado pode ocorrer,
entretanto verificando-se que não houve indicação de redução ou aumento de
impedância a estaca foi considerada apta com relação a sua integridade.
É importante destacar que concluir que uma estaca está apta nessas condições foi
possível porque houve a comparação dos resultados obtidos pelo ensaio PIT com os
resultados dos ensaios das estacas próximas. A falta de sinal que caracteriza a
ponta da estaca, seja por influência do atrito lateral ou por baixo impacto no golpe,
pode comprometer a precisão da análise ou até mesmo inviabilizar a interpretação
dos resultados.
O terceiro gráfico, onde foi ensaiada a estaca E1, permite verificar que logo após o
pico de velocidade provocado pelo golpe houve um novo aumento da velocidade,
que caracteriza uma redução da impedância. Essa redução pode ser provocada por
96
fatores como o estrangulamento do fuste da estaca, pelo seccionamento da mesma
por entrada de material de solo durante a retirada da hélice e o lançamento do
concreto ou ainda alterações nas características do concreto utilizado. Nesses casos
a condição das estacas adjacentes foi analisada e, onde foram constatadas não
conformidades, as estacas foram reforçadas (não há informações sobre o
procedimento adotado para o reforço). A análise dos boletins de campo em conjunto
com o resultado do ensaio PIT permitiria uma conclusão mais completa sobre a
intensidade do possível dano dessas estacas, entretanto esse documento não
estava disponível.
Por fim, o último gráfico mostra um aumento na velocidade somente próximo ao final
da estaca, caracterizando-a como íntegra, porém esse aumento foi superior ao
intervalo típico encontrado na obra (entre 3.000 e 4.400 m/s), que ocorreu a 1,5
metros antes do comprimento de 14,80 metros esperado. Esse resultado pode ser
interpretado como um comprimento inferior ao especificado em projeto e, nesses
casos, essas estacas foram submetidas a ensaios de prova de carga dinâmica para
avaliar a necessidade de reforços.
Avaliando os índices de ocorrência dos sinais típicos verificados no ensaio, é
possível concluir que mais de 90% das estacas estavam íntegras, sendo o seu sinal
de ponta visível ou não. Assim, das 1750 estacas ensaiadas, aproximadamente
1600 estavam íntegras e poderiam ser empregadas nas fundações dos
aerogeradores, enquanto que 150 indicaram alguma anomalia como redução de
impedância ou comprimento inferior ao previsto em projeto. Como já dito
anteriormente, o ensaio PIT é um grande aliado para a verificação da integridade
das estacas, entretanto quando os seus resultados indicam anomalias não é
possível concluir a intensidade do dano, sendo necessária a realização dos demais
ensaios, assim como a verificação dos boletins de campo. Tendo em vista que o
material disponível para análise do presente estudo de caso não fornece resultados
de diferentes ensaios para a mesma estaca, não foi possível a análise conjunta dos
resultados para a verificação da intensidade dos danos apontados pelo ensaio PIT.
É importante ressaltar que o ensaio PIT não verifica a capacidade de carga, portanto
as estacas apresentadas como íntegras podem não suportar as cargas
especificadas em projeto.
97
A análise do ensaio de carregamento dinâmico permite verificar valores distintos
para resistência mobilizada em cada golpe (RMX) e para a energia transferida à
estaca (EMX), conforme pode ser observado na tabela 5.1 e no gráfico da Figura
5.7. Comparando-se a estaca que obteve o menor resultado (estaca E06) com os
valores de RMX máximo de 1005 kN e EMX correspondente de 33,7 kN com a
estaca E29, cujos valores obtidos foram RMX máximo de 3329 kN e EMX de 56,8 kN
é possível verificar uma diferença percentual de aproximadamente 330% para RMX
e 168% para EMX entre os dois resultados. Sendo o ensaio de carregamento
dinâmico utilizado para a determinação da capacidade de carga das estacas e a
análise da sua interação com o solo, é possível concluir que essa divergência de
valores se dá pela heterogeneidade e comportamentos distintos entre os solos onde
as estacas foram executadas. Com o valor máximo de 1005 kN para a resistência
mobilizada, a estaca E06 pode ser considerada inapta para a carga que deverá
suportar, de 1450 kN. Entretanto, para se condenar essa estaca, é necessário
avaliar se a força aplicada pelo golpe do martelo foi suficiente para mobilizar toda a
resistência disponível e se, com o passar do tempo, o solo não apresentará
recuperação de sua resistência. Nesse sentido, é importante analisar também o
valor de DMX, que corresponde ao deslocamento permanente mais o deslocamento
elástico máximo verificado na aplicação do golpe. Para a estaca E06, o máximo
deslocamento ocorrido foi de 21 mm, que sugere que talvez ela não tenha a
capacidade de carga necessária.
O ensaio de carregamento dinâmico também identifica a ocorrência de anomalias na
estaca, como relatado na tabela 5.1 para a estaca Teste A da base OAG 18, que
apresentou um dano a 9,10 metros do topo.
A prova de carga estática foi projetada para o carregamento máximo de 3000 kN e
teve resultados satisfatórios para as cargas solicitadas. Sendo a carga de trabalho à
compressão de 1450 kN, o resultado do ensaio para a estaca teste no bloco OAG 09
aponta a ruptura da estaca com uma carga de trabalho igual a 2536 kN. É possível
verificar na tabela 5.1 que a estaca E-Teste OAG 09, quando ensaiada pelo método
dinâmico, teve como carga mobilizada 2662 kN, valor esse bem próximo ao
encontrado no ensaio estático.
Como no carregamento rápido, as cargas são aplicadas sem a espera da
estabilização da estrutura, é importante ressaltar que este método não remete um
98
resultado muito real quando se trata de avaliar o comportamento da estaca em
relação à deformação, porque não existe tempo suficiente para a estabilização do
solo.
Pela particularidade dessa obra, o foco principal é avaliar a capacidade de carga das
estacas, em especial frente aos esforços de tração e ao comportamento diante dos
esforços horizontais, portanto os estudos de recalques verticais talvez não tenham
sido motivo de preocupação na avaliação pelas características favoráveis do solo e
até mesmo pelo tipo de obra, onde os recalques não teriam uma interferência direta
no comportamento do conjunto da obra do parque eólico.
Para o ensaio de tração os resultados também superaram a carga de trabalho
prevista em projeto de 300 kN, apresentando como resultado carga de trabalho
superior a 600 kN, conforme pode ser observado no gráfico da Figura 5.9.
O ensaio de prova de carga horizontal, realizado nas estacas Teste e R3 do bloco
OAG 09, mostrou que valores superiores a 90 kN foram aplicados e suportados,
frente a carga de trabalho prevista para esse tipo de carregamento de 50 kN. Esse
resultado pode ser analisado no gráfico apresentado na Figura 5.10.
Diante desses resultados e do material disponibilizado é possível afirmar que a
maioria das estacas estão aptas para o uso. Como não foi possível ter acesso à
planta de sondagem com todos os perfis dos furos, a planta da fundação com as
locações das estacas e os boletins de campo elaborados durante a execução das
mesmas, a análise dos resultados está limitada ao conteúdo apresentado nos
resultados obtidos, ficando de certa forma prejudicada pela falta de informações que,
sem sombra de dúvida, são importantíssimas para a análise do conjunto dos
resultados dos ensaios de integridade e desempenho das estacas.
.
99
7
CONCLUSÕES
A realização da pesquisa permitiu ampliar os conhecimentos sobre o comportamento
de diferentes tipos de fundações profundas, sobre a interação das estacas com o
solo circunvizinho e também sobre a influência da existência de possíveis
imprecisões nos resultados dos ensaios.
Foi possível conhecer de forma mais profunda os métodos disponíveis para os
ensaios de análise de integridade e desempenho das estacas escavadas e a
necessidade de verificação desses elementos após sua execução. Dada a
importância da fundação no desempenho de qualquer construção e, diante da
impossibilidade de atestar visualmente a integridade de estacas escavadas, a
utilização de ensaios pós-executivos se mostra imprescindível.
Mesmo diante de grande controle executivo, as estacas escavadas podem
apresentar falhas. Atualmente existem no mercado metodologias para a análise
desses elementos, algumas exigidas pela Norma Brasileira como o ensaio de
carregamento dinâmico e prova de carga estática; entretanto, essa exigência nem
sempre é cumprida na prática da engenharia.
Antigamente, o ensaio de carregamento dinâmico era recomendado pela Norma
apenas para estacas pré-moldadas, apenas em 2009, com a revisão da Norma de
Fundações NBR 6122, esta exigência se expandiu para as estacas escavadas.
Como não era usual em estacas moldadas in loco, atualmente verifica-se que
poucas empresas cumprem a exigência da Norma e realizam o ensaio nesse tipo de
estaca. Com relação à prova de carga estática, a execução demanda maior tempo e
também aparelhagem de grande dimensão, tornando o ensaio oneroso e muitas
vezes de difícil execução em algumas situações de obra, gerando certa resistência
em sua utilização. Já o ensaio PIT possui equipamentos de pequenas dimensões e
permite verificar de modo rápido a integridade das estacas, porém possui certa
limitação em se tratando de estacas muito compridas – maiores que 30 vezes o
diâmetro da estaca e, ainda não é normatizado no Brasil. Apesar disto verifica-se
que vem sendo bastante utilizado no país.
Durante o levantamento da pesquisa a intenção era acompanhar no estudo de caso
uma obra em que, preferencialmente, estivesse realizando os três ensaios
100
abordados em estacas escavadas, para se ter uma análise comparativa dos
resultados. Entretanto, pelos motivos expostos acima, existiu uma grande dificuldade
em encontrar obras de médio porte que estivessem realizando os ensaios para
acompanhá-los. Observou-se que somente obras com grandes recursos e
investimentos utilizam mais de um método de análise para a verificação das estacas
e contratam consultores especializados para tal. Nesse aspecto ainda há muito a se
progredir no Brasil, principalmente na política das construtoras que, para reduzir os
custos, não dão a devida importância para essa etapa da obra. Esta aparente
economia nos ensaios de verificação de integridade e desempenho pode resultar em
custos muito mais elevados caso a obra venha a apresentar algum problema e/ou a
necessidade de reforços futuros.
No estudo de caso abordado nessa pesquisa pode-se constatar que, pelo porte e
estrutura da obra, os investimentos foram grandes, o que possibilitou a realização
dos ensaios em um considerável número de estacas. Os ensaios realizados
trouxeram importantes informações acerca das condições das estacas quanto à
capacidade de carga e integridade, e possibilitaram a tomada de decisões como
aceitar ou não a estaca e reforçá-la em caso de danos severos que comprometeriam
a estrutura a ser suportada. Essa análise trouxe grandes contribuições para o
Parque Eólico como um todo, visto que a obra já possui 5 anos de existência e está
operando sem registros de problemas.
101
8
RECOMENDAÇÕES
Diante do apresentado, recomenda-se atenção especial a execução de estacas
escavadas, com o estudo do perfil do solo e escolha do tipo de estaca mais
adequada, utilização de materiais de boa qualidade, controle durante a execução,
com adequada capacitação da equipe da obra ou empresa executora e
especificação dos ensaios de controle. Estes cuidados visam garantir a integridade e
desempenho das fundações, de forma a assegurar o sucesso e a qualidade da obra
e evitar o surgimento de patologias que comprometeriam o seu desempenho ou até
mesmo sua utilização futura.
Recomenda-se também a realização de no mínimo dois ensaios em uma mesma
obra. Havendo a necessidade de complementação de um resultado, é possível
compará-lo e extrair informações do resultado do outro ensaio. É importante também
sempre analisar os resultados dos ensaios em conjunto com o perfil do solo e
demais informações disponíveis, tornando a análise mais completa e apurada.
Por fim, deve-se ter um cuidado especial ao escolher a empresa que executará os
ensaios. Seus profissionais devem ser treinados e capacitados para garantir uma
correta aplicação dos ensaios, interpretação dos resultados e elaboração de
relatórios e gráficos que possam subsidiar os projetistas e responsáveis pela obra
em suas tomadas de decisão.
Para novas pesquisas, recomenda-se o aprofundamento do estudo para estacas
maiores que 30 vezes o diâmetro quando utilizado o ensaio PIT, dada a crescente
utilização de estacas longas em obras da construção civil nos grandes centros
urbanos.
102
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106
APÊNDICE A
TABELA RESUMO DE ESTACAS ESCAVADAS
107
Tipo
Broca manual
Broca mecânica
Método de execução
Vantagens
Escavada através de trado manual, sem
revestimento
Processo executivo simples; Facilidade
no transporte do equipamento;
Ausência de vibração e ruídos.
Escavada sem revestimento, executada
através de perfuratriz rotativa
Ausência de vibração;
Limitação de profundidade;
Desbarrancamentos;
Lençol freático;
Não suportam cargas elevadas.
Matacão;
Camadas de solo mole.
Lençol freático;
Desbarrancamento.
Escavada com revestimento metálico
recuperável através de guincho
Ausência de vibração;
Facilidade de locomoção e adaptação
do equipamento;
Acesso.
A concretagem durante a retirada dos
tubos pode causar falhas, portanto essa
fase deve ter controle rigoroso;
Elevada carga de trabalho;
Vibração;
revestimento recuperável, fechada por
O comprimento da estaca pode ser
Problemas com construções vizinhas
meio de bucha de ponta
facilmente ajustado durante a cravação.
existentes.
Velocidade de execução;
perfuratrizes
Ausência de vibração;
equipadas
com
trado
contínuo e injeção de concreto com
Ausência de ruídos excessivos;
pressão controlada
Execução monitorada por computador.
Matacões;
Acesso;
Topografia do terreno.
de
controle
de
arrasamento;
Perda excessiva de concreto (cerca de
20%);
Necessidade
auxiliares
Camada espessa de solo mole;
Camada espessa de solo mole;
Cravada através de bate-estaca com
Escavada sem revestimento através de
Lençol freático;
Matacões.
Suportam cargas pequenas e médias.
Impossibilidade
Hélice contínua
Matacão;
Possibilidade de execução em divisas.
Execução em divisas.
Franki
Restrições
Mobilidade do equipamento;
Equipamento leve e econômico;
Strauss
Desvantagens
para
de
equipamentos
remoção
do
solo
pode
ser
Camada espessa de solo mole;
Matacões;
Acesso;
Topografia do terreno.
extraído.
A
Escavada
Barrete e estacão
com
auxílio
de
lama
Absorve grandes carregamentos;
bentonítica e executas com o auxílio de
Ausência de vibração;
Clam Shell ou mesa rotatória e caçamba
Pode ter grandes seções transversais.
concretagem
não
interrompida;
Perda excessiva de concreto;
Equipamento de grande porte;
Espaço no canteiro de obras;
Matacão;
Acesso;
Topografia do terreno.
Controle da lama bentonítica.
Pode ser executada na presença de
matacões;
Raiz
Escavada com revestimento através de
perfuratrizes rotativas e/ou percussivas
Ausência de vibração;
Não suportam cargas muito elevadas;
Pode ser executada com ângulo de
Precisam de circulação de água para
inclinação;
sua execução.
Equipamento de pequeno porte.
Fácil acesso.
Camada espessa de solo mole.