COBRAMSEG 2010: ENGENHARIA GEOTÉCNICA PARA O DESENVOLVIMENTO, INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE. © 2010 ABMS.
Monitoramento e controle de qualidade dos estaqueamentos tipo
hélice contínua durante a execução da obra
Carlos Medeiros Silva
Empresa Brasileira de Engenharia e Fundações Ltda., Brasília-DF, Brasil, [email protected]
José Camapum de Carvalho
Universidade de Brasília, Brasília-DF, Brasil, [email protected]
RESUMO: A técnica de controle proposta fundamenta-se no autocontrole da execução dos
elementos de fundação a partir da medição automatizada do trabalho realizado ou da energia
necessária para a escavação de cada estaca do estaqueamento, executado com equipamento tipo
hélice contínua monitorada. As rotinas proposta pela técnica, SCCAP (Silva, Camapum de
Carvalho, Araújo e Paolucci), entre as quais, a medida do trabalho realizado ao escavar uma estaca,
a indicação da velocidade crítica de perfuração e o controle estatístico do estaqueamento pode
orientar a perfuração e indicar durante a execução se é necessário corrigir a profundidade préestabelecida em projeto. O SCCAP, incorporado no software de monitoramento das estacas hélices
contínua, parte de uma amostra coletada (trabalho realizado nas estacas deste grupo) junto ao
subconjunto da população, o estaqueamento, para agrupar esses dados em uma distribuição de
freqüência determinando a sua média e o seu desvio padrão. A técnica permite montar critérios de
aceitação em função da média e do desvio padrão, consequentimente possibilitando a realização do
controle automatizado, em tempo real, do restante do estaqueamento com base em uma grandeza
física, o trabalho realizado ou a energia necessária para a execução de uma estaca. Com a técnica
proposta, o controle de execução dos elementos de fundação, da escavação à concretagem, passa a
ter função mais nobre que o da simples verificação das condições de execução. Por meio das rotinas
propostas, o executor e o projetista podem verificar em tempo real se a capacidade de carga adotada
em projeto está sendo atendida na execução de cada elemento da fundação, permitindo assim, o
ajuste do projeto ponto a ponto. Problemas como o da variabilidade estratigráfica do solo são
superados, conferindo maior economia e segurança à obra. As rotinas aqui apresentadas
representam um avanço no controle tecnológico das fundações profundas.
PALAVRAS-CHAVE: Hélice Contínua, Trabalho, Energia, Capacidade de Carga.
América, passando a ser utilizada na Europa a
partir década de 70, chegando ao Brasil na
década de 80.
A literatura apresenta inúmeras avaliações e
análises publicadas sobre provas de cargas e
capacidade de carga. Penna et al. (1999), por
exemplo, forneceu informações e um banco de
dados de 48 provas de carga com diversos tipos
de análise comparativas entre resultados
extrapolados. Camapum de Carvalho et al.
(2008) apresentou uma nova metodologia de
análise e interpretação a partir de proposta por
com base em várias provas de carga realizadas
no Distrito Federal.
1 INTRODUÇÃO
Recentemente no Brasil, vem-se empregando
em locais com presença de nível d’água estacas
do tipo hélice contínua. Estacas que deveriam
possuir como principal vantagem o maior
controle na execução quando comparadas com
outros tipos de fundação, entretanto tem-se
observado que o monitoramento das estacas e
os dados obtidos durante este monitoramento
são negligenciados e muitas vezes são usados
apenas como propaganda enganosa do controle
de qualidade. Segundo Albuquerque et al.
(2001), este tipo de fundação surgiu em meados
da década de 50 nos Estados Unidos da
1
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Brasília, complexo hoteleiro Ita Brasil, Figura
4. Em suas análises perceberam que sob
condições controladas o torque acumulado, o
SPT médio ao longo da estaca e capacidade de
carga são dependentes e proporcionais.
Inúmeros métodos desenvolvidos para o
cálculo da capacidade de carga de estacas hélice
contínua foram propostos recentemente, dentre
estes pode-se citar: o Método de Alonso (1996)
baseado no SPT-T, o Método de Antunes &
Cabral (1996) e o Método de Cabral et al.
(2000) baseados no SPT e o Método de Vorcaro
& Velloso (2000) que utiliza análise de
regressão múltipla, dando um enfoque
estatístico ao cálculo e o Método de Bustamante
& Gianeselli (1998) com base em resultados de
ensaios de SPT, CPT e PMT, métodos descritos
de forma resumida em Albuquerque et al.
(2001). Entretanto, não se apresentou nenhuma
proposta ou rotina de controle que relacione o
trabalho realizado ou a energia dissipada
durante a execução das estacas com a sua
capacidade de carga.
Existem grandes semelhanças entre o
processo de cravação/escavação das estacas
helicoidais com a escavação das estacas hélices
contínua, principalmente no processo de
introdução da ferramenta no solo. Pode-se
também, afirmar que ambos realizam trabalho
(W) pela atuação de uma força, neste caso
variável, que provoca deslocamento em
conseqüência da introdução do trado no solo.
Todo o trabalho gerado nesta operação é
dissipado pela ação do atrito e pela energia
gasta na desestruturação do solo, tratando-se,
portanto, de um processo onde a energia gerada
não é conservada. Mecanismo semelhante a este
é observado na cravação de um amostrador
padrão durante um ensaio NSPT onde quase toda
energia é dissipada pelo atrito amostrador-solo.
Lembra-se que as forças de atrito aqui
consideradas,
“forças
não-conservativas”,
tendem a dissipar a energia mecânica realizando
trabalho negativo, entretanto, a energia total em
sentido amplo se conserva, pois as forças de
atrito são convertidas em calor que também é
uma forma de energia.
Um alerta para a importância do impulso
durante a execução de uma estaca hélice foi
feito por Araújo et al. (2009). Eles lembraram
que uma força ou um torque de pequena
magnitude, aplicado durante um grande espaço
de tempo, pode gerar o mesmo deslocamento
provocado por uma força ou um torque de
magnitude elevado aplicado em um curto
intervalo de tempo como descrito pelo teorema
do impulso-momento linear (Figura 1).
Entretanto, pode-se afirmar que os trabalhos nos
dois casos são equivalentes, pois os
deslocamentos finais foram os mesmos. Ou seja,
a potência que é o trabalho realizado por unidade
de tempo está diretamente ligada ao conceito
acima apresentado. Uma máquina de maior
potência gera um torque de grande magnitude e
realiza em menor tempo o trabalho necessário
para escavar uma estaca, quando comparada com
uma máquina de menor potência que precisará de
mais tempo para escavar esta mesma estaca.
2 TORQUE X CAPACIDADE DE CARGA
Algumas metodologias empíricas sobre o
controle de qualidade por meio do torque para
verificação do desempenho de ancoragens
helicoidais utilizadas em linhas de transmissão
de energia podem ser encontradas. Estas
ancoragens possuem técnica de instalação que
se assemelha a de uma estaca hélice contínua.
Segundo Perko et al. (2000), a capacidade de
carga das estacas helicoidais à tração ou
compressão pode ser determinada por três
métodos: método da ruptura cilíndrica, método
da capacidade de carga individual e torque de
instalação, descritos em Tsuha (2007).
Tsuha (2006, 2007), por meio dos resultados
dos ensaios de modelagem física em centrífuga,
verificou a relação teórica entre torque de
instalação durante a cravação e a capacidade de
carga a tração das estacas hélices cravadas em
solos arenosos, o que sinaliza que pode existir
uma relação entre o torque acumulado, a
energia dissipada ou o trabalho realizado
durante a escavação de uma estaca hélice e sua
capacidade de carga.
Araújo
et
al.
(2009)
procuraram
compreender o comportamento e a interação
entre o torque e o solo do Distrito Federal.
Analisaram para isso, resultados de provas de
carga estáticas e a suas relações com os torques
obtidos durante as escavações das estacas, o
NSPT e a capacidade de carga para solos de uma
obra edificada na orla no lago Paranoá de
2
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a outra com pressão de injeção próximo de zero,
visando observar a influência da pressão de
injeção na capacidade de carga.
Importante salientar que Araújo et al. (2009)
controlaram propositalmente a velocidade de
avanço da hélice e a rotação, procurando manter
estas duas importantes variáveis sob controle.
Mantiveram a velocidade de avanço entre 150
m/h e 180 m/h e a rotação entre 6 e 8 r.p.m.,
minimizando o efeito do impulso (Figura 1).
Procedimento de difícil implantação durante a
execução de uma obra, mas que conduziu o
experimento a resultados satisfatórios (Figuras
2 e 3).
Figura 1. Impulso da força resultante, gráficos Young &
Freedman (2008).
Em uma máquina hélice contínua, o torque
disponibilizado é dependente da potência dos
motores mecânicos, da bomba hidráulica, das
cilindradas dos motores hidráulicos, das
relações entre o pião e a engrenagem do
cabeçote, entre outros fatores. Costa et al. (2008)
procuraram analisar a relação existente entre o
torque e o número de golpes obtidos no SPT em
cada tipo de camada do solo, utilizando a média
da pressão de óleo (bar) obtida metro à metro
como sendo proporcional ao torque. Entretanto,
no caso analisado utilizou-se para a formação do
banco de dados resultados obtidos por dois
equipamentos com potências e características
distintas. Consequentemente, neste caso, a
pressão de óleo não é mais equivalente ao torque,
pois para a mesma pressão obtinha-se torques
diferentes em cada máquina, fato não percebido
por Costa et al. (2008) e que certamente
influenciou suas analises e conclusões.
Araújo et al. (2009) executaram seis provas
de carga em estacas com diâmetro de 40 cm,
com o objetivo de verificar a relação entre o
torque, a pressão de injeção e a capacidade de
carga. Do total das seis estacas ensaiadas, três
estacas foram executadas com profundidade de
9,00 m, cota de assentamento da obra e uma
com 6,00 m, estacas executadas com as
pressões médias de injeção de concreto
adotadas na obra, ou seja, foram monitoradas e
concretadas com pressão de injeção de concreto
variando entre 0,3 e 1,0 bar, pressão
comumente utilizada na região. As duas outras
estacas foram executadas variando-se a pressão,
uma com pressão média de injeção de 5,0 bar e
Figura 2. Gráfico de três provas de carga, diâmetro de 40
cm e profundidade 9,00 m, concretadas com diferentes
pressões de injeção executadas no bloco 3.
Araújo et al. (2009) observaram em gráficos
semelhantes aos da Figura 3, que a pressão de
injeção exerce influência determinante na
capacidade de carga das estacas. Perceberam
que as estacas ensaiadas no bloco 3, tiveram
importante ganho de capacidade de carga
devido ao aumento da pressão de injeção, ou
seja, quanto maior a pressão de injeção maior a
capacidade de carga, corroborando com a tese
que não só o processo executivo mais também a
pressão de injeção pode influenciar na
capacidade de carga das estacas hélices. A
pressão de injeção pode influenciar o
comportamento da estaca sob dois aspectos:
aumentando o diâmetro efetivo da estaca, o que
é comum em solos porosos colapsíveis e,
gerando uma tensão confinante residual no solo.
Enquanto o primeiro efeito reflete-se em uma
alteração permanente da capacidade de carga ao
aumentar o diâmetro efetivo da estaca (Azevedo
3
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& Silveira, 2007), o segundo pode se perder
com o tempo em consequência da dissipação
das tensões residuais.
Todas as analises de capacidade de carga das
estacas feita por Araújo et al. (2009), foram
realizadas por meio do torque acumulado,
acreditava-se, naquele momento, que a grandeza a
ser controlada era o torque, pois deveria estar
diretamente relacionada com a capacidade de
carga, o que de fato ocorre quando as condições
de execução estiverem sendo controladas.
Salienta-se também, que a aquisição automática
do trabalho realizado durante a escavação de uma
estaca, ainda não estava implantada no software
de monitoramento da perfuratriz, dificultando a
análise desta grandeza.
As quatro provas de carga que estavam dentro
dos procedimentos padrões utilizados na obra
(prova 3-bloco 3, E326-bloco 3, E926 bloco 9,
prova 4-bloco 9), pressão de injeção entre 0,3 e
1,0 bar, foram analisadas em termos de
capacidade carga versus torque acumulado.
Verifica-se na Figura 3, que os valores de carga
última, obtidos nas provas de carga e
correspondente à deformação equivalente a 10 %
do diâmetro, são correlacionáveis com o torque
acumulado, somatória do torque médio obtido
metro a metro durante a execução da estaca,
relação que apresentou correlação satisfatória.
Observa-se que a linha de tendência tende a
perder a linearidade a medida que aumenta a
capacidade de carga da ponta, pois enquanto o
torque cisalha o solo durante a execução da
estaca, na prova de carga a mobilização da
capacidade de carga na ponta não se dá de outra
forma. A relação mostrado na Figura 3 deve ser
ajustada por meio da adição de novos dados e
regionalmente deve ser considerado as
peculiaridades do maciço.
3 FATORES QUE INFLUENCIAM
QUALIDADE DO ESTAQUEAMENTO
NA
O tipo de solo e o processo de execução da estaca
também podem influenciar de forma positiva ou
negativa na capacidade de carga da estaca, pois
durante a cravação/escavação podem ser adotados
procedimentos inadequados. Viggiani (1989)
propôs uma velocidade crítica para o avanço da
escavação, onde a velocidade não deve ser
inferior a este limite (Equação 1). Abaixo desta
velocidade, que é função das dimensões da hélice
e de sua rotação, pode-se ter a descompressão do
solo, mas tais limites nem sempre são observados.
Também se deve evitar o excesso de paralisação
durante a escavação com a hélice girando,
operação conhecida na prática da engenharia de
fundações como alívio. Este procedimento
transporta o solo para a superfície reduzindo o
nível de confinamento da hélice.
(1)
Onde: Vp = taxa de penetração; ωp = taxa de
revolução da hélice, λ = passo da hélice; dN =
diâmetro total da hélice, d0 = tubo interno da
hélice.
Outro fator que influência na eficiência da
escavação, principalmente nos equipamentos de
fabricação nacional, é a utilização de uma força
descendente, pull-down, que se soma ao peso do
trado helicoidal, aumentando a eficiência e
capacidade em se escavar solos mais resistentes.
Ressalta-se ainda, como já abordado a
importância da pressão de injeção do concreto
para a capacidade de carga da estaca.
A escolha do equipamento está diretamente
ligada ao bom desempenho das fundações,
verifica-se que, em algumas obras, onde o
equipamento está sub-dimensionado utiliza-se o
artifício de retirada total da hélice para limpeza
total ou parcial do trado, possibilitando assim a
finalização da escavação, nestes casos, alerta-se
que não mais se está executando uma estaca tipo
hélice contínua e parte do atrito lateral pode ser
perdido.
Logo, fica evidente que a capacidade de carga
esta ligada a diversos fatores e não apenas ao
torque ou ao trabalho medido durante a
escavação. Mas, para estacas hélices executadas
dentro de condições técnicas recomendadas e
controladas, o torque acumulado e principalmente
o trabalho realizado durante a escavação de uma
estaca, pode ser uma ferramenta útil para a
Figura 3. Capacidade de carga última vs. torque
acumulado
4
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tomada de decisões durante e após a sua
execução.
4 LOCALIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO
O estaqueamento estudado foi executado na
área identificada pelo numeral 1, Figura 4,
localiza-se em um setor de expansão imobiliária
do Distrito Federal, SCGV, Lotes 25 e 26 na
cidade satélite Guará-DF.Apresenta-se também
a localização da área estudada por Araújo et al.
(2009), identificado pelo numeral 2 e que
localiza-se no SHT, lotes 5 e 6 na Orla do Lago
Paranoá em Brasília, Figura 4.
2
Figura 5. Sondagem SPT representativa do local da
prova de carga realizada na obra 1.
5 MONITORAMENTO DA EXECUÇÃO
1
No
método
executivo
tradicional
a
profundidade de escavação é previamente
fixada pelo projetista e geralmente não é
alterada durante a execução. No entanto, em um
perfil com geologia estrutural dobrada como é o
caso frequente no Distrito Federal, tal prática
pode conduzir a erros significativos,
principalmente quando o solo não amostrado,
solo entre furos de sondagem, apresenta-se na
zona de depressão da dobra conduzindo a
baixas resistências até a cota de assentamento
prevista em projeto. O método ora proposto
busca eliminar esse risco por meio do controle
de cada estaca, durante o próprio processo de
sua escavação.
O equipamento utilizado no estudo foi um
EM 60 de fabricação CZM Foundation
Equipment, que efetua a transferência de torque
para a hélice de perfuração por meio de um
cabeçote de rotação posicionado ao pé da torre
da perfuratriz, Botton Drive CFA. A posição do
cabeçote possibilita a utilização de uma força
axial descendente, pull down, para auxiliar a
escavação em solos resistentes.
Foi utilizado o sistema de monitoramento
SACI da Geodigitus, que é constituído por um
computador e vários sensores, descritos em
Costa et al. (2008). O monitoramento permite a
obtenção, por meio de sensores, dos seguintes
dados: profundidade, tempo, inclinação da
torre, velocidade de penetração do trado,
Figura 4. Localização das obras.
Verifica-se no perfil geotécnico, Figura 5, que
a evolução intempérica e as características dos
horizontes lateríticos são as mesmas observadas e
caracterizadas por Martins (2000), formando
geologicamente um perfil laterítico completo.
Observa-se na Tabela 1, a variabilidade
geotécnica em termos de resistência SPT.
Variabilidade que obrigou a adoção de
profundidades variáveis no projeto de fundações
com o intuito de manter a mesma capacidade de
carga para estacas com o mesmo diâmetro.
Tabela 1. Variabilidade de resistências SPT da obra 1.
5
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velocidade de rotação do trado, pressão do óleo,
velocidade de retirada (extração) da hélice,
volume de concreto lançado e pressão do
concreto.
Lembra-se que o sistema não informava
diretamente o torque, sendo necessário
converter a pressão de óleo (bar) medida no
sistema em torque (N.m), para tanto é
necessário conhecer a especificação dos
motores hidráulicos, dos redutores e a relação
entre o pião do redutor e da engrenagem do
cabeçote. No caso, transformando a pressão
obtida máxima do sistema em torque, verificouse que o maquinário utilizado pode produzir
torque de até 66750 N.m.
Partindo-se
das
hipóteses
acima
consideradas, monitorou-se o trabalho realizado
durante a escavação das estacas, que é o
produto escalar do vetor força pelo vetor
deslocamento, ou seja, se o ponto de aplicação
da força sofrer um deslocamento finito desde a
posição “a”, cota inicial, até a posição “b”, cota
final, segundo um determinado percurso,
caminho percorrido “r”, o trabalho realizado
pela força será aproximadamente:
6 ANALISES DO MONITORAMENTO E DO
TRABALHO REALIZADO DURANTE A
EXECUÇÃO DO ESTAQUEAMENTO
onde, a integral (Equação 2) é uma integral
curvilínea, pois o caminho do trado, neste caso,
é o perímetro do trado multiplicado pelo
número de voltas dado pelo helicóide durante a
escavação da estaca.
A aquisição automatizada dos dados,
trabalho realizado durante a escavação de uma
estaca, foi implementada no software de
monitoramento, permitindo a rápida aquisição
tratamento e análise dos dados.
∫ab = F.dr
(2)
onde,
r=π.d
d=diâmetro do trado
O fato observado por Araújo (2008) quando
comparou provas de cargas e torque acumulado
em obras distintas produzido por diferentes
conjuntos (operador/maquinário) que o fator
tempo está diretamente ligado a potência do
equipamento e influencia diretamente a medida
do torque, motivou a procura por uma grandeza
que não dependesse do impulso (Figura 1).
Optou-se então pelo uso do trabalho realizado
ou energia mecânica dissipada durante a
escavação da estaca, pois esta depende apenas
das forças aplicadas e do deslocamento da
hélice.
Observando-se a execução de uma estaca
hélice, pode-se afirmar que ao final da escavação
a energia total dissipada ou o trabalho total
realizado é a somatória do trabalho realizado
pelas forças aplicadas no helicóide (trado), com o
trabalho realizado pela força descendente (pull
down) e mais a energia potencial inicial do
sistema em relação à cota final de escavação. O
trabalho produzido pela energia potencial e pela
força descendente, pull down, serão consideradas
constantes, pois o primeiro depende apenas da
cota final da estaca e o segundo produzido pela
força descendente, depende basicamente do
procedimento adotado em cada conjunto,
operador/maquinário. Procedimento que será
inicialmente considerado como rotina de
execução adotada em cada obra, pelo menos até
que se possa monitorar esta grandeza para
verificar a sua influência na metodologia
proposta, SCCAP.
Figura 6. Prova de carga realizada sobre a estaca tipo
Hélice Contínua E12-D.
Para subsidiar as análises realizou-se uma prova
de carga estática sobre a estaca E12-D, bloco D
na obra 1, Figura 7, ensaiada de acordo com a
NBR 13131 (ABNT, 1991). A estaca ensaiada
apresentava diâmetro de 0,4 m e comprimento
de 10,16 m, que devido ao sub-solo existe na
obra, foi executada a partir da cota - 5,00 m,
cota referenciada na sodagem da Figura 6.
Admitindo
que
a
carga
última
é
correspondente ao recalque equivalente a 10% do
diâmetro da estaca, 40 mm, obtêm-se 1050 kN
para carga de ruptura da estaca E12-D (Figura 6).
6
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Tabela 3. Trabalho necessário para execução de 50
estacas de 40 cm no residencial Ilhas Maurício em MJ.
São apresentados nas Tabelas 2 e 3, o
trabalho necessário para executar dois conjuntos
de estacas com diâmetro de 40 e 50 cm na obra
1. Neste empreendimento, entre as estacas de 50
cm, 75 estão com 13,00 m, 59 com 11,00 m e 9
com 10,00 m de comprimento e entre as estacas
de 40 cm, 25 estão com 13,00 m, 13 com 11,00
m e 11 com 10,00 m de comprimento. O
comprimento variável leva em conta os
dobramentos
geológicos
encontrados
e
registrados nas sondagens, as estacas apesar de
apresentarem profundidades distintas foram
projetadas com capacidade de carga
semelhantes.
O conjunto de dados coletados foi submetido
a testes estatísticos, por exemplo, o teste de
normalidade proposto por Anderson & Darling
que está detalhado em D’Hainait (1975). O teste
avalia se a distribuição de freqüência de um
conjunto de dados adere à Distribuição Normal
e verifica o intervalo de confiança para a média
e a mediana, Figuras 7 e 8. Analisando os
resultados apresentados nas Figuras 7 e 8,
verifica-se que foram sugeridos expurgos de
apenas dois resultados do conjunto de dados,
valores localizados na célula d11 e d12 da
matriz de dados montada para as estacas de 50
cm, respectivamente 11.7 e 12.8 MJ,
provavelmente resultados provocado por um
dobramento, ou seja, solo resistente encontrado
a menor profundidade. Após o expurgo dos dois
resultados apresentam-se na Tabela 4 algumas
medidas de tendência central, média e mediana,
e o primeiro e o segundo momento das
populações, desvio padrão e variância.
Figura 7. Teste de normalidade Anderson & Darling para
as 143 estacas de 50cm.
Tabela 2. Trabalho necessário para execução de 133
estacas de 50cm do residencial Ilhas Maurício em MJ.
3,6
4,8
6,0
7,2
8,4
9 5 % C onfidence Inter vals
Mean
Median
5,00
5,25
5,50
5,75
6,00
6,25
6,50
Figura 8. Teste de normalidade Anderson & Darling para
as 50 estacas de 40cm.
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Tabela 4. Características estatísticas das populações
compostas pelas estacas de 40 e 50cm em MJ.
executar uma estaca pode ser representado por
um sistema provido de entradas e saídas. As
entradas são representadas pelas variáveis de
entrada ou parâmetros de processo (causas), por
exemplo, a potência do equipamento, a
operação, as características geotécnicas do
local, entre outras e as de saída por
características de qualidade (efeito) como a
capacidade de carga.
A qualidade e segurança que se deseja em
um estaqueamento é que essencialmente
cumpra os requisitos para os quais foi
projetado, ou seja, tenha capacidade de carga
adequada e apresente deformabilidade dentro
dos limites pré-estabelecidos, sem grandes
variabilidades. Neste contexto, existem dois
aspectos importantes relacionados à qualidade
do estaqueamento e do projeto, a qualidade da
execução e a conformidade ou adequação do
estaqueamento ou da estaca em relação aos
valores de capacidade de carga e de recalques
admissíveis especificados no projeto.
Controlar o processo de execução do
estaqueamento é acima de tudo controlar a
qualidade deste. São de exemplos técnicas de
controle de qualidade: a avaliação do
desempenho real por meio de provas de carga; a
comparação do desempenho real com as
previsões; a adoção de rotinas que garantam que
o desempenho de cada estaca seja próximo do
esperado. As rotinas propostas pelo SCCAP
introduzem no software de monitoramento da
execução das estacas hélice contínua o conceito
de controle de qualidade ao conferir ao processo
de execução de um estaqueamento condições
para que as estacas individualmente atinjam a
capacidade de carga planejada.
O conjunto de rotinas propostas pelo SCCAP
foi introduzido no software que controla o
sistema de monitoramento SACI da Geodigitus,
visando garantir qualidade e condições para que
as diretrizes de projeto sejam atendidas,
destacando-se:
• Indicação, em tempo real, durante a
escavação das estacas da velocidade critica
para o avanço da escavação (Viggiani,
1989), sendo que, abaixo desta velocidade
que é função das dimensões da hélice e de
sua rotação pode-se ter descompressão do
solo;
• A medição automática do torque e do
trabalho realizado (dado) durante a
Fica evidente que o trabalho realizado ou a
energia mecânica dissipada para executar uma
estaca pode ser monitorado por meio de
software apropriado, como o proposto, e a
utilização dos dados e principalmente as
características estatísticas desta população,
podem ser utilizadas para o controle de
qualidade e ajuste do estaqueamento. A técnica
proposta é a de autocontrole do estaqueamento,
pois cada estaca ao ser realizada, ao mesmo
tempo em que alimenta o banco de dados, é
controlada pelo mesmo.
7 METODOLOGIA PROPOSTA PARA
CONTROLE
DE
QUALIDADE
DO
ESTAQUEAMENTO, SCCAP
A técnica de controle proposta que se
fundamenta no monitoramento da execução do
estaqueamento, na orientação e correção de
procedimentos durante a execução de cada
estaca, utiliza como base o banco de dados
obtido durante o monitoramento das estacas e as
suas características estatísticas. As rotinas
proposta pela técnica, SCCAP, se baseiam,
principalmente, na medida do trabalho realizado
ao escavar uma estaca, através de rotinas
incorporadas ao software de monitoramento das
estacas hélices contínua. Parte-se da
comprovação, Figuras 7 e 8, que o trabalho
realizado em cada estaca do estaqueamento,
executada por um determinado processo do
conjunto máquina/operador, formam uma
população, que quando agrupados enquadramse em uma distribuição normal, permitindo
montar critérios de aceitação em função da
média e do desvio padrão da população ou de
uma amostra coletada desta população.
O conceito de processo de execução pode ser
considerado universal. Assim, seja para a
fabricação de um automóvel, uma partida de
xadrez e até mesmo para o processo de
execução de uma estaca, o conceito pode ser
estendido. Particularmente, o processo de
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da distribuição normal é que 68% de todas as
suas observações caem dentro de um intervalo
de 1 desvio padrão da média, figura 9.
execução de cada estaca do estaqueamento
(população);
A alimentação do banco de dados da obra
com os dados de torque e trabalho obtidos
para cada estaca executada;
O tratamento estatístico de uma amostra
pré-estabelecida do sub-conjunto de dados
da população, o estaqueamento, obtendo as
medidas de tendência central e os
momentos da amostra;
A orientação da operação durante a
escavação de cada estaca indicando quando
a estaca deve ter sua cota de apoio
aumentada. Estacas que não estejam
atendendo as condições pré- estabelecidas,
em termos de trabalho mínimo realizado e,
portanto, de capacidade de carga;
A sinalização da velocidade máxima de
extração, garantindo que o volume de
concreto, mais o super consumo que
caracteriza cada tipo de solo seja suficiente
para o preenchimento adequado das
estacas.
Indicar para o projetista, se a obra
apresenta
ou
não,
regiões
onde
provavelmente
as
características
geotécnicas são diferentes, ou seja, fazem
parte de populações diferentes com média e
desvio padrão discrepantes.
Figura 9. Curva de distribuição normal.
Pode-se afirmar que a amostra coletada é
composta por variáveis independentes, pois
foram manipuladas, ou seja, escolheu-se o local
a ser amostrado para que esta amostra tivesse
determinado padrão em termos de capacidade
de carga, enquanto que os demais dados são
compostos por variáveis dependentes, pois suas
medidas foram apenas registradas.
De uma forma geral, a validação da amostra
coletada no universo do estaqueamento,
consiste em obter uma amostra que represente
as condições gerais do projeto de fundação,
portanto, é fundamental que a amostra
represente o estaqueamento, prioritariamente,
em termos de capacidade de carga. A
confiabilidade da amostra é um conceito muito
menos intuitivo, mas extremamente importante.
Relaciona à "representatividade" do resultado
encontrado na amostra com o de toda a
população.
Logo,
conhecidas
as
características
estatísticas da amostra, média e desvio padrão,
pode-se determinar critérios de aceitação para o
estaqueamento, critérios que devem ser
determinados pelo projetista e dependem do
grau de incerteza da execução e das
características geotécnicas. Eles podem ser
rigorosos ou não, por exemplo, a NBR 12.655
(ABNT, 1996) estabelece critérios de aceitação
para os lotes de concreto dependendo do grau
de controle do processo: preparo, controle e
recebimento de concreto.
Critérios de aceitação devem ser discutidos e
propostos, a partir do uso do SCCAP em outras
regiões, propiciando a formação de bancos de
dados maiores e consistentes. No momento, o
SCCAP incorporado no
software de
monitoramento, SACI da Geodigitus, trás em
sua primeira versão, três critérios:
Preferencialmente, deve-se coletar a amostra
populacional, próximo a uma prova de carga,
pois assim podem-se associar as propriedades
estatísticas desta amostra com a capacidade de
carga real de uma estaca. Quando não for
possível esta associação, sugere-se que a
amostragem seja feita em região com
características geotécnicas conhecidas, por
exemplo, privilegiando regiões onde as
sondagens são confiáveis e que apresentem
pouca variabilidade. Escolhida a região a ser
amostrada e o seu tamanho, agrupa-se os dados
por classe, ajustando-os a uma distribuição
normalizada como a distribuição normal ou a de
Student dependendo do seu tamanho.
Consequentemente, pode-se calcular a sua
média (µ), e o seu desvio padrão (σ),
permitindo que critérios de confiabilidade e
aceitação possam ser montados. A distribuição
normal é definida por uma função que tem
apenas dois parâmetros principais: média e
desvio padrão. Uma propriedade característica
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As medidas de tendência central, média e
mediana, e o primeiro e o segundo momento
das populações, desvio padrão e variância, são
apresentados na Tabela 5.
1. Será aceita a estaca que ao atingir a
profundidade mínima de projeto tenha
realizado durante a escavação da estaca um
trabalho necessário e medido (w) maior que
a média (µ) dos trabalhos medidos da
amostra (W≥µ);
2. Será aceita a estaca que ao atingir a
profundidade mínima de projeto tenha
realizado durante a escavação da estaca um
trabalho necessário e medido (w) maior que
a média (µ) mais o desvio padrão (σ) dos
trabalhos medidos da amostra (W≥µ+σ);
3. Será aceita a estaca que ao atingir a
profundidade mínima de projeto tenha
realizado durante a escavação da estaca um
trabalho necessário e medido (w) maior que
a média (µ) mais duas vezes o desvio
padrão (σ) dos trabalhos medidos da
amostra (W≥µ+2.σ);
Figura 10. Teste de normalidade Anderson & Darling na
amostra com 10 estacas de 50cm.
Tabela 5. Características estatísticas das amostras
normalizadas coletadas no estaqueamento em MJ.
O estaqueamento analisado foi executado sem
adoção dos critérios acima propostos para
permitir as analises estatísticas apresentadas,
em especial à de normalidade.
Para as análises foram aplicados os critérios 1
e 2 no banco de dados das Tabelas 2 e 3, onde
se retirou uma amostra de cada população. Para
a amostra das estacas com 40 cm de diâmetro
utilizou-se os dados de trabalhos realizados,
obtidos durante a escavação das estacas com
10,00m de profundidade, pois executou-se na
obra uma prova de carga sobre uma estaca com
essas característica, resultados que encontramse delimitados nas colunas “c” e “d” da Tabela
2. A amostra retirada para representar as estacas
com 50 cm de diâmetro, foi obtida durante a
execução das 10 primeiras estacas escavadas na
obra, todas com 13,00 m de comprimento,
dados que estão localizados entre as linhas 1 e
10 na coluna “a” da Tabela 1, foram escolhidas
as 10 primeiras estacas pois a partir da
metodologia proposta, SCCAP, espera-se que
todas as estacas de um estaqueamento tipo
hélice contínua sejam submetidas ao controle de
qualidade.
Nas duas amostras foi aplicado o teste de
normalidade, Anderson & Darling, figura 10.
Como resultado do teste foi necessário expurgar
um dos dados coletados para a amostra com as
estacas com 50 cm de diâmetro, (8,1 MJ)
localizado na linha 4, coluna “a” da Tabela 2,
reduzindo a amostra para 9 dados.
Comparando o trabalho realizado (w) em cada
estaca durante a sua escavação, Tabelas 2 e 3,
com a média, µ, do trabalho necessário para
executar as estacas da amostra, critério 1
(W≥µ), observa-se que, excluídas as estacas que
fizeram parte da amostragem, 4 estacas com
diâmetro de 40 cm e 14 com diâmetro de 50 cm
realizaram trabalho acumulado menor que a
média obtida nas amostras e seriam recusadas,
ou seja, deveriam ser aprofundadas até superar
a média obtida nas amostras.
Utilizando o critério 2 mais rigoroso, onde só
aceita-se a estaca se o trabalho realizado (w) for
maior que a média (µ) mais o desvio padrão (σ)
dos trabalhos realizado nas estacas da amostra
(W≥µ+σ). Observa-se que excluídas as estacas
que fizeram parte da amostragem, seriam
recusadas 8 estacas com diâmetro de 40 cm e 32
com diâmetro de 50 cm.
Como, os resultados apresentados nas Tabelas
2 e 3, foram ordenados na seqüencia
cronológica de execução do estaqueamento e
sabendo-se que o estaqueamento foi executado
seqüencialmente até cobrir toda a área do
empreendimento, pode-se verificar, por
exemplo, na Tabela 3 que as estacas recusadas
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pelos critérios 1 e 2 estão agrupadas, ou seja,
são estacas vizinhas que provavelmente estão
implantadas em regiões com NSPT médio menor
que o esperado. As regiões recusadas pelo
critério 2 estão circuladas na Tabela 3.
Como o software de monitoramento das
estacas hélices, disponibiliza os dados obtidos
no campo instantaneamente para o executor e o
projetista, por meio da transmissão de dados via
rádio, aparelhos celulares, entre outros, foi
possível montar uma rotina que permita ao
projetista
fazer
analises
e
decidir,
independentemente de sua presença na obra, se
é necessário ajustar o projeto, podendo
inclusive decidir por uma redução de
comprimento,
consequentemente
gerando
economia para o empreendimento. No caso,
incorporou-se no software do escritório,
software que trata os dados e produz as saídas
gráficas, relatórios de execução das estacas, a
análise de variância conhecida como ANOVA,
descrita em Costa et al. (2008). Ao analisar a
variância dentro das amostras e entre as
amostras, pode-se verificar estatisticamente se
há diferenças entre as amostras, ou seja, faz-se a
verificação se as amostras apresentam
características geotécnicas diferentes. Para a
análise se compara a variância da amostra
inicial com a variância das amostras de
interesse do projetista, por exemplo, pode-se
comparar a variância da amostra inicialmente
coletada na Tabela 2 com a variância das
amostras circuladas na Tabela 3, verificando se
as amostras pertencem à mesma população.
a qual a estaca deve ser perfurada para evitar
desconfinamento e o monitoramento da
concretagem, orientando a extração da hélice
por meio da contabilização do concreto injetado
e da pressão de injeção do concreto.
Com a adoção da metodologia é possível
monitorar e corrigir a profundidade de cada
estaca do estaqueamento, nas obras onde a
metodologia
foi
aplicada
de
forma
experimental, verificou-se que existe relação
entre o torque e a capacidade de carga quando
as condições são controladas (rotação e
velocidade) e que o trabalho realizado durante a
escavação, grandeza que não sofre com a
influência do impulso, também está diretamente
relacionado com a capacidade de carga.
Nas obras onde a metodologia foi aplicada de
forma experimental, verificou-se que a técnica é
simples e de fácil implantação. A partir de
critérios de aceitação, montados considerandose a média e o desvio padrão de uma ou mais
amostras oriundas do estaqueamento, pode-se
realizar o controle automatizado e estatístico do
estaqueamento durante a execução. A aplicação
de conceitos físicos e características estatísticas
na engenharia de fundações trouxeram
segurança e confiabilidade para as obras
monitoradas, superando problemas como o da
variabilidade estratigráfica do solo e garantem
que as condições de projeto, capacidade de
carga
e
recalque,
sejam
atendidas
individualmente por todas as estacas. As rotinas
aqui apresentadas representam um avanço no
controle tecnológico das estacas hélices e das
fundações profundas, pois os conceitos
apresentados podem ser aplicados a outros tipos
de estacas.
8 CONCLUSÃO
As rotinas de controle de qualidade propostas
pela metodologia SCCAP, que se fundamentam
no autocontrole da execução dos elementos de
fundação a partir da medição automatizada do
trabalho realizado ou da energia necessária para
a escavação de cada estaca do estaqueamento e
na aplicação de formulações que auxiliam a
execução do estaqueamento, vem se mostrando
de grande importância nas obras controladas
com a técnica, garantido qualidade a todo o
processo, da escavação à concretagem,
mantendo principalmente os preceitos do
projeto.
Entre as rotinas destacam-se a orientação da
perfuração, indicando a velocidade mínima com
8. AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem a Sulamericana de
Fundações Ltda. pela disponibilização dos
dados aqui analisados.
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