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UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ
RODRIGO JOSÉ REIA
RODRIGO PETRY
CARGA ADMISSÍVEL EM ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA
EXECUTADAS NA FORMAÇÃO GUABIROTUBA
CURITIBA
2015
RODRIGO JOSÉ REIA
RODRIGO PETRY
CARGA ADMISSÍVEL EM ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA
EXECUTADAS NA FORMAÇÃO GUABIROTUBA
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia Civil da Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas da Universidade Tuiuti do Paraná, como requisito parcial para a obtenção do título de Engenheiro Civil. Orientador: Héber Augusto Cotarelli de Andrade.
CURITIBA
2015
TERMO DE APROVAÇÃO
RODRIGO JOSÉ REIA
RODRIGO PETRY
CARGA ADMISSÍVEL EM ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA
EXECUTADAS NA FORMAÇÃO GUABIROTUBA
Este trabalho de conclusão de curso foi julgado e aprovado para a obtenção do título de Bacharel no Curso de Engenharia Civil da Universidade Tuiuti do Paraná.
Curitiba, 07 de dezembro de 2015.
Bacharelado em Engenharia Civil
Universidade Tuiuti do Paraná
Orientador: Prof. M.e Héber Augusto Cotarelli de Andrade
UTP – FACET
Examinador: Prof. Bel. Joselias Moreira
UTP – FACET
Examinador: Prof. Pós-Dr. Helder de Godoy
UTP – FACET
AGRADECIMENTOS
Ao orientador, Prof. M.e Héber Augusto Cotarelli de Andrade, pela notória
contribuição no desenvolvimento deste estudo
Ao Senhor Luiz Carlos Maggi, aos engenheiros civis Luciano Ribeiro Pizzatto e
Pedro Henrique de Moura Ferro, pelo incentivo.
À engenheira civil, Marcia Regiane Maggi, pelo empréstimo de referenciais
bibliográficos e ajuda na solução de dúvidas.
Aos engenheiros civis, Alessander Christopher Morales Kormann e Thierry
Kahale, pelo fornecimento das Provas de Carga Estática utilizadas neste estudo.
Ao engenheiro civil, Luis Fernando Debas, por sua ajuda na resolução de
particularidades nos ensaios das provas de carga.
Aos nossos amigos da UTP, Cristiano Diego Poersch, Ionara Pizetta e Leandro
Peter Werner, pela ajuda durante as fases importantes do Estudo.
Ao engenheiro civil, Luiz Henrique Felipe Olavo, pela disponibilização de seu
artigo.
RESUMO
Aborda o ajuste de coeficientes de cálculo utilizados no método semi-empírico de
Décourt–Quaresma para dimensionamento de estacas do tipo Hélice Contínua na
Formação Guabirotuba (que contém como principal característica solos argilosos,
expansivos e de alto índice de resistência à penetração), através de resultado das
provas de carga estáticas à compressão com carregamento lento. Traz a metodologia
para definição dos domínios de atrito e domínio de ponta com aplicação do conceito
da rigidez definido por Décourt (2008). Os dados das provas de carga compreendem
ensaios executados nas obras de ampliação da REPAR – Refinaria Presidente Getúlio
Vargas, situada no município de Araucária, Região Metropolitana de Curitiba. O ajuste
dos coeficientes e , obtido neste estudo indica uma carga de ruptura da ordem de
31,68% menor, que o método tradicional de Décourt–Quaresma.
Palavras-chave: Prova de Carga Estática; Conceito de rigidez; Dimensionamento da
capacidade de carga.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – CURVA DE CARGA X RECALQUE ...................................................... 36
FIGURA 2 - MÉTODO DE EXTRAPOLACAO DE DÉCOURT (2008) ....................... 38
FIGURA 3 – DOMÍNIO DE PONTA E DE ATRITO LATERAL NO GRÁFICO DE
RIGIDEZ .................................................................................................................... 38
FIGURA 4 – FORMAÇÃO GUABIROTUBA NA REGIÃO DE ARAUCÁRIA ............. 39
FIGURA 5 - DOMÍNIO INFERIOR DO ATRITO LATERAL (Qsl) ................................ 44
FIGURA 6 – GRÁFICO DA RIGIDEZ ........................................................................ 47
FIGURA 7 – GRÁFICO DO DOMÍNIO DA PONTA ................................................... 48
FIGURA 8 - GRÁFICO DO DOMÍNIO DO ATRITO ................................................... 49
FIGURA 9 – GRÁFICO DO DOMÍNIO DA PONTA E DO DOMÍNIO DO ATRITO .... 50
FIGURA 10 – INTERPRETAÇÃO DAS EQUAÇÕES Y1 E Y2 DO MÉTODO DE VAN
DER VEEN ................................................................................................................ 51
FIGURA 11 – GRÁFICO DA CURVA DE CARGA X RECALQUE SEGUNDO VAN DER
VEEN ........................................................................................................................ 52
FIGURA 12 – GRÁFICO DA CURVA DE CARGA X RECALQUE SEGUNDO A (ABNT-
NBR 6122/2010) ........................................................................................................ 54
FIGURA 13 - GRÁFICO DA CURVA DE CARGA X RECALQUE SEGUNDO VAN DER
VEEN E DA CURVA X RECALQUE SEGUNDO A (ABNT-NBR 6122/2010) ............ 55
FIGURA 14 – DADOS DO DIMENSIONAMENTO X RESULTADOS DA PROVA DE
CARGA ESTÁTICA ................................................................................................... 58
FIGURA 15 – DADOS DO REDIMENSIONAMENTO X RESULTADOS DA PROVA DE
CARGA ESTÁTICA ................................................................................................... 63
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - ESTADO DE COMPACIDADE E DE CONSISTÊNCIA ......................... 25
TABELA 2 – VALORES ATRIBUÍDOS AO COEFICIENTE 𝛼 EMPREGADO NO
MÉTODO DE DÉCOURT-QUARESMA (1978) EM FUNÇÃO DO TIPO DE ESTACA E
DO TIPO DE SOLO ................................................................................................... 28
TABELA 3 – VALORES ATRIBUÍDOS AO COEFICIENTE β EMPREGADO NO
MÉTODO DE DÉCOURT-QUARESMA (1978) EM FUNÇÃO DO TIPO DE ESTACA E
DO TIPO DE SOLO ................................................................................................... 28
TABELA 4 – VALORES ATRIBUÍDOS À VARIÁVEL K EMPREGADA NO MÉTODO
DE DÉCOURT-QUARESMA ..................................................................................... 28
TABELA 5 – QUANTIDADES DE PROVAS DE CARGA .......................................... 34
TABELA 6 – RELAÇÃO DAS PROVAS DE CARGA ESTÁTICA À COMPRESSÃO
REALIZADAS EM CURITIBA E REGIÃO METROPOLITANA .................................. 41
TABELA 7 – PONTO DE REGRESSÃO ................................................................... 42
TABELA 8 – PONTO DE INTERCEPÇÃO DA RETA ................................................ 44
TABELA 9 – PONTOS DO DOMÍNIO LATERAL ....................................................... 45
TABELA 10 – DOMÍNIO DO ATRITO LATERAL ....................................................... 46
TABELA 11 – VALORES DE CARGA E RECALQUE DA PROVA DE CARGA
ESTÁTICA ................................................................................................................. 47
TABELA 12 – DADOS DA CURVA DE REGRESSÃO DA PONTA. .......................... 48
TABELA 13 – DADOS DA CURVA DE REGRESSÃO DO ATRITO ......................... 49
TABELA 14 – VALORES DE CÁLCULO DAS EQUAÇÕES DE VAN DER VEEN .... 52
TABELA 15 – CÁLCULO DE r ................................................................................ 54
TABELA 16 – RESULTADOS OBTIDOS PELO MÉTODO TRADICIONAL DE
DÉCOURT-QUARESMA (1978) ................................................................................ 57
TABELA 17 – BOLETINS DE SONDAGEM DO ESTUDO ........................................ 59
TABELA 18 – CÁLCULO DO VALOR MÉDIO DE 𝛽 ................................................. 60
TABELA 19 – CÁLCULO DO VALOR MÉDIO DE 𝑎.................................................. 61
TABELA 20 – RESULTADOS OBTIDOS NO REDIMENSIONAMENTO DO MÉTODO
DE DÉCOURT–QUARESMA COM COEFICIENTES AJUSTADO ........................... 62
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
Bel. Bacharel
cm Centímetro
Coef. Coeficiente
Correl Correlação
E Módulo de Elasticidade
et alii E outros
fck Resistência Característica do Concreto à Compressão
hs Horas
kg Quilograma
kN Kilo Newton
Log Logaritmo decimal
M Metro
M.e Mestre
m² Metro quadrado
min Minuto
mm Milímetro
MN Mega Newton
MPa Mega Pascal
N Índice de penetração ao SPT
NBR Norma Brasileira
P.I.T. Pile Integrity Test
PCC Prova de Carga Estática à Compressão
Pós-Dr. Pós doutor
Prof. Professor
PUC Pontifícia Universidade Católica
REPAR Refinaria Presidente Getúlio Vargas
RIG Rigidez
RMC Região Metropolitana de Curitiba
SPT Standart Penetration Test
T Tonelada
UTP Universidade Tuiuti do Paraná
LISTA DE SÍMBOLOS
𝑞𝑠 = Resistência Lateral.
qp = Resistência de ponta.
Nm = Valor médio do NSPT.
𝛼 = Coeficiente do tipo de estaca de Décourt-Quaresma.
𝛽 = Coeficiente do tipo de estaca de Décourt-Quaresma.
𝐾= Coeficiente de Décourt-Quaresma que relaciona a resistência de ponta com o valor
de Np.
𝑁𝑆𝑃𝑇𝑃 = Média dos valores de NSPT da ponta.
𝐴𝑝 = Área da ponta ou base da estaca.
𝐴𝑠 = Área da seção lateral da estaca em contato com o respectivo solo.
Fp = Coeficiente de segurança de ponta relativo aos parâmetros do solo.
Ff = Coeficiente de segurança relativo à formulação adotada.
Fd = Coeficiente de segurança para evitar recalques excessivos.
Fw = Coeficiente de segurança relativo à carga de trabalho da estaca.
Fs = Fator de segurança lateral.
(Qadm) = Carga admissível na estaca.
Q = É a carga vertical aplicada no estágio do carregamento.
Qult = É a carga última aplicada no carregamento.
𝑟 = É o recalque correspondente medido no topo da estaca.
𝛼 = É o coeficiente que define a forma da curva de Van Der Veen.
k = Ponto qualquer da curva de Van Der Veen.
𝛽 = É o ponto onde a reta de Van Der Veen cruza o eixo das ordenadas.
R² = Coeficiente de Correlação.
∆r = é o recalque de ruptura convencional.
P = é a carga de ruptura convencional.
L = é o comprimento da estaca.
A = é a área da seção transversal da estaca (estrutural).
E = é o módulo de elasticidade do material da estaca.
D = é o diâmetro do círculo circunscrito à estaca ou, no caso de barretes, o diâmetro
do círculo de área equivalente ao da seção transversal desta.
𝑄𝑢𝑐 = Carga de ruptura convencional.
𝑄𝑠𝑙 = Carga correspondente ao domínio inferior do atrito lateral.
𝑄𝑠𝑢 = Carga correspondente ao domínio superior do atrito lateral.
𝑄𝑠 = Carga lateral.
Log Q = Log da carga do ensaio.
Log r = Log do recalque do ensaio.
Log RIG = Log da rigidez.
(R) = Coeficiente de correlação linear.
a = Previsão da curva (Log Q vs Log r) no ponto de regressão.
b = Inclinação da curva (Log Q vs Log r) no ponto de regressão.
(Q) = Carga no ponto da rigidez.
(r) = Recalque no ponto da rigidez.
Qu = Limite de RIG quando r → ∞.
a = Previsão da curva (Log Q vs Log s) do atrito lateral.
b = Inclinação da curva (Log Q vs Log s) do atrito lateral.
y1= Equação da curva.
y2= Equação da reta de ajuste.
P = Carga aplicada na PCC para Van Der Veen.
PR= Carga de ruptura de ajuste da curva para Van Der Veen.
a = Coeficiente angular Van Der Veen.
r = Recalque no ponto Van Der Veen.
b = Coeficiente linear de interceptação do eixo Y, Van Der Veen.
𝑞𝑠 = Resistencia Lateral Décourt Tradicional.
𝛽 = Coeficiente do tipo de estaca Décourt Tradicional.
Nm = Valor médio do Nspt.
𝐴𝑠 = Área da seção lateral da estaca em contato com o respectivo solo.
PR = Carga de ruptura por Décourt.
𝑄𝑝 = Resistência de ponta por Décourt.
𝑄𝑠 = Resistência do atrito por Décourt.
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 15
1.1. OBJETIVOS ................................................................................................. 16
1.1.1. Objetivo Geral .............................................................................................. 16
1.1.2. Objetivos Específicos ................................................................................... 16
2. REFERENCIAL TEÓRICO .......................................................................... 17
2.1. FORMAÇÃO GUABIROTUBA E BACIA DE CURITIBA E RMC .................. 17
2.2. FUNDAÇÕES ............................................................................................... 18
2.3. ESTACA HÉLICE CONTÍNUA ..................................................................... 19
2.3.1. Processo de execução ................................................................................. 20
2.3.1.1. Perfuração .................................................................................................... 20
2.3.1.2. Concretagem ................................................................................................ 20
2.3.1.3. Colocação da armadura ............................................................................... 21
2.3.1.4. Controle da qualidade de execução ............................................................. 21
2.3.2. Desvantagens das estacas do tipo Hélice Contínua .................................... 23
2.4. SONDAGEM SPT ........................................................................................ 24
2.5. MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO SEMI-EMPÍRICO ............................ 25
2.5.1. Método de Décourt–Quaresma (1978) ......................................................... 25
2.6. PROVA DE CARGA ESTÁTICA A COMPRESSÃO (PCC) .......................... 28
2.6.1. Aparelhagem ................................................................................................ 29
2.6.1.1. Dispositivos de medidas ............................................................................... 29
2.6.2. Execução do ensaio ..................................................................................... 30
2.6.2.1. Preparação da prova de carga ..................................................................... 30
2.6.2.2. Início do ensaio ............................................................................................ 31
2.6.2.3. Execução da prova de carga (ABNT-NBR 12131/1992) .............................. 31
2.6.2.4. Resultados ................................................................................................... 32
2.6.3. Quantidade de provas de carga ................................................................... 33
2.7. DIMENSIONAMENTO DE RECALQUE ....................................................... 34
2.7.1. Método de Van Der Veen (1953).................................................................. 34
2.7.2. Método de previsão de recalque da (ABNT-NBR 6122/2010) ...................... 35
2.8. CONCEITO DA RIGIDEZ DE DÉCOURT (2008) ......................................... 36
3. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................... 39
3.1. FORMAÇÃO GUABIROTUBA ..................................................................... 39
3.2. PROVAS DE CARGA ESTÁTICA ................................................................ 40
3.3. APLICAÇÃO DO MÉTODO DA RIGIDEZ PROPOSTO POR DÉCOURT
(2008) ........................................................................................................... 42
3.3.1. Ponto de regressão ...................................................................................... 42
3.3.2. Carga de ruptura convencional (Quc) .......................................................... 43
3.3.3. Domínio inferior do atrito lateral (Qsl) ........................................................... 43
3.3.4. Domínio superior do atrito lateral (Qsu) ....................................................... 45
3.3.5. Atrito lateral (Qs) ........................................................................................... 46
3.3.6. Gráfico da Rigidez ........................................................................................ 47
3.3.7. Domínio da Ponta......................................................................................... 47
3.3.8. Domínio do Atrito.......................................................................................... 49
3.4. DETERMINAÇÃO DA CARGA DE RUPTURA – PR .................................... 50
3.4.1. Aplicação do método de Van Der Veen de extrapolação da durva de Carga x
Recalque ...................................................................................................... 50
3.4.2. Aplicação do método da (ABNT-NBR 6122/2010) na prova de carga .......... 53
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................. 56
4.1. DIMENSIONAMENTO DA CAPACIDADE DE CARGA PELO MÉTODO DE
DÉCOURT-QUARESMA (1978)................................................................... 56
4.2. AJUSTE DOS VALORES DE E DO MÉTODO SEMI EMPÍRICO DE
MÉTODO DE DÉCOURT-QUARESMA (1978) ............................................ 59
4.2.1. Ajuste do coeficiente - Parcela do dominio do atrito .................................. 59
4.2.2. Ajuste do coeficiente - Parcela do dominio da ponta ................................ 60
4.3. REDIMENSIONAMENTO DA CAPACIDADE DE CARGA PELO MÉTODO DE
DÉCOURT-QUARESMA, COM COEFICIENTES E AJUSTADOS ........ 61
5. CONCLUSÃO .............................................................................................. 64
6. REFERÊNCIAS............................................................................................ 66
15
1. INTRODUÇÃO
O conhecimento e estudo do comportamento dos solos é uma experiência
milenar. Entende-se que o pré-histórico homem das cavernas desenvolveu
conhecimento para tanto quando migrou de suas cavernas para abrigos externos.
Oportunidade que o fez adquirir noções sobre materiais e estabilidade dos materiais
da crosta terrestre (Pini, 2009).
Este conhecimento é reciclado e aprimorado ciclicamente. Alguns
apontamentos disto podem ser exemplificados por meio de obras da antiguidade, tais
como as Pirâmides do Egito, aquedutos Romanos, as cidades Maias, o Farol de
Alexandria, entre tantos outros.
Já no século XX, o avanço na tecnologia e a execução de grandes obras
estruturais se depararam com problemas e/ou acidentes importantes nas obras de
Engenharia Civil. Alguns desses fatos merecem destaque pelo fomento de novas
técnicas e inovações que geraram. Exemplo: o deslizamento de taludes que parou o
Canal do Panamá em 1915 e o acidente durante um teste de carga na Ponte Rio
Niterói em 1970.
No Brasil, os avanços significativos em termos de mecânica dos solos
remontam o século XX. De acordo com a Pini (2009), foi neste período que o Eng
Odair Grillo adaptou equipamentos e treinou turmas de sondadores com desenhos e
especificações trazidas dos Estados Unidos. Através desses primeiros métodos é que
foi possível, mais tarde, admitir o ensaio de resistência à penetração para investigação
e dimensionamento de fundações.
Assim, como a região de Curitiba tem uma peculiaridade quanto às condições
de fundação, pois está sobre uma Formação Geológica única, a Formação
Guabirotuba, a proposta deste trabalho é, através de resultados de provas de carga à
compressão em estacas do tipo Hélice Contínua, fomentar o início de uma nova
abordagem para dimensionamento da capacidade de carga de fundações profundas
nesta formação específica.
16
1.1. OBJETIVOS
1.1.1. Objetivo Geral
Conhecer a relação da carga admissível em estacas Hélice Contínua
executadas na Formação Guabirotuba, através da comparação dos resultados
observados em provas de carga estática.
1.1.2. Objetivos Específicos
Descrever a Formação Guabirotuba;
Caracterizar fundação profunda;
Conceituar o sistema de execução de estacas em Hélice Contínua;
Abordar o ensaio SPT – Standart Penetration Test
Dimensionar a capacidade de carga de estacas Hélice Contínua pelo método
de Décourt-Quaresma;
Relacionar ensaios de prova de carga estática executados em estacas do tipo
Hélice Contínua na Formação Guabirotuba;
Indicar o ajuste nos índices para dimensionamento da capacidade de carga
de estacas Hélice Continua na Formação Guabirotuba.
17
2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1. FORMAÇÃO GUABIROTUBA E BACIA DE CURITIBA E RMC
Segundo Kormann (2002), parte de Curitiba e região metropolitana situa-se
sobre uma bacia sedimentar, onde sua maior parte é preenchida pela unidade
geológica denominada Formação Guabirotuba.
Os sedimentos da Formação Guabirotuba repousam sobre rochas do
Complexo Cristalino, e tem sua composição formada por argilas siltosas ou siltes
argilosos. Materiais granulares também se fazem presentes, fato que confere uma
razoável heterogeneidade aos solos da Bacia de Curitiba. Nas argilas, são comuns as
cores cinza com tonalidade às vezes esverdeada ou azulada para o marrom. Quando
os sedimentos sofreram uma ação mais intensa de intemperismos físicos e químicos,
tons avermelhados e amarelados surgem. A deposição dos terrenos da Formação
Guabirotuba iniciou-se no Terciário (KORMANN, 2002 apud SALAMUNI, 1998).
Os solos da Formação Guabirotuba têm como principal característica uma
consistência elevada (rija a dura). Frequentemente, número de golpes do amostrador
padrão em testes de (Standard Penetration Test) com NSPT na faixa de 15 – 30 golpes
são encontrados logo nos primeiros metros de amostragem. Os sedimentos argilosos
apresentam superfícies polidas (slickensides), não são fáceis de identificar. Quando
se trabalha com o solo, essas características constituem planos de fraqueza que
segmentam o material em fragmentos centimétricos a decimétricos. Fraturamentos
tectônicos também se fazem presentes. (KORMANN, 2002).
Segundo (KORMANN, 2002), quando escavado, o solo em questão pode se
tornar potencialmente instável, dificultando trabalhos de estabilização de taludes e de
fustes de escavações a céu aberto. Não são incomuns acidentes em escavações,
envolvendo perdas humanas e materiais. Em obras subterrâneas, cuidados especiais
fazem-se necessários para evitar desmoronamentos. Taludes de corte mostram-se
instáveis, mesmo com inclinações reduzidas como 1:3 ou 1:4. Em Curitiba e região
metropolitana, estacas escavadas e tubulões aparecem como soluções usuais de
fundações. Porém, é comum desagregação do solo, e desprendimento em blocos,
fato que traz sérios riscos à implantação desses elementos. Para minimizar os
problemas, no campo se procede a uma concretagem rápida, tão logo sejam
18
escavados os fustes das fundações, a fim de garantir a integridade das escavações e
propiciar que a boa técnica de execução seja garantida, juntamente com a segurança.
As provas de carga em placas e em fundações profundas sugerem que o
desempenho destas estruturas na Formação Guabirotuba é disperso, retratando a
heterogeneidade do solo, elementos semelhantes podem apresentar comportamentos
distintos. (KORMANN, 2002, apud “e.g Kormann et alii, 1999a; Antoniutti Neto et alii,
1999; Russo Neto et alii, 1999a”).
O nome popular desta formação de argilas rijas e duras da Formação
Guabirotuba é conhecido como “sabão de caboclo”. Tal designação deve-se ao fato
do material – que é bastante duro em seu estado natural – tornar-se liso e
escorregadio quando umedecido. Se o solo é escavado e exposto à atmosfera, um
processo de ressecamento se manifesta, com a consequente redução volumétrica
conferindo ao material um aspecto “empastilhado”. O reumedecimento deste solo
ressecado provoca sua rápida desagregação, o fato favorece o aparecimento de
processos erosivos. (KORMANN, 2002).
Não há uma espessura constante nas camadas de solo da Formação
Guabirotuba, apresenta-se espessuras de 1m até um máximo de 80m. Em média, a
profundidade da formação é de aproximadamente 50m. Na porção central e centro-
sudeste da bacia é que estão situadas as maiores profundidades, coincidindo com os
locais onde as profundidades até o embasamento rochoso são maiores. Estes locais
representam depressões no embasamento, as quais formam a calha principal da
Bacia de Curitiba. (SALAMUNI, 1998).
2.2. FUNDAÇÕES
Segundo o dicionário Michaelis da Língua Portuguesa, fundação é o conjunto
de obras necessárias para assegurar e assentar os fundamentos de uma edificação.
Destaca-se ainda que a fundação possa ser considerada uma das principais fases da
obra, senão a principal.
(PENNA S. D., et alii, 1999) destaca que as fundações são classificadas em
dois grandes grupos, as fundações rasas, superficiais ou diretas e as fundações
profundas, grupo onde estão contidas as estacas do tipo Hélice Contínua.
19
Estacas são peças alongadas, cravadas ou confeccionadas no solo, com o
intuito de transmitir cargas da estrutura para camadas profundas e resistentes
(Caputo, 1987).
A Editora Pini (2009) classifica as estacas em estacas de deslocamento e
estacas escavadas. As estacas de deslocamento são assim classificadas por serem
introduzidas no terreno por processo que não resulte em alivio da tensão, por causa
da retirada de solo. Por outro lado, as estacas escavadas são executadas diretamente
no campo com remoção de material e, neste grupo estão contidas as estacas do tipo
Hélice Contínua.
2.3. ESTACA HÉLICE CONTÍNUA
Definição de Hélice Contínua conforme item 3.21 da NBR 6122/2010
Estaca de concreto moldada in loco, executada mediante a introdução, por rotação, de um trado helicoidal contínuo no terreno e injeção de concreto pela própria haste central do trado simultaneamente com sua retirada, sendo que a armadura é introduzida após a concretagem da estaca.
Os equipamentos para execução de Hélice Contínua surgiram no Brasil por
volta de 1987, é uma tecnologia para execução de estacas moldadas in loco através
da perfuração de um trado helicoidal com um tubo vazado em seu centro e com uma
tampa na base inferior para impedir a penetração do solo e água em seu interior.
(PENNA S. D., et alii, 1999)
Este tipo de fundação é confiável devido ao seu efeito de desconfinamento do
solo em volta da estaca ser minimizado durante a introdução do trado. Procura-se
retirar o menor volume de solo possível fazendo com que a penetração do trado
helicoidal, a cada volta da hélice, seja inferior ao seu passo, visto que, se a penetração
do trado é muito inferior a um passo por volta, (conhecido no jargão de obra como
alívio), ocorre subida de solo e o trado passa a funcionar como um transportador
vertical de parafuso. Em solos não coesivos este procedimento tem sido uma das
causas de vários acidentes relatados na literatura internacional. (PENNA S. D., et alii,
1999)
20
2.3.1. Processo de execução
O diferencial deste sistema de execução está no fato de que tanto a perfuração
quanto a concretagem possuem um monitoramento contínuo. (MAGGI FUNDAÇÕES,
2015)
2.3.1.1. Perfuração
Quando falamos de perfuração, o sistema mede a profundidade onde o trado
está localizado; afere a inclinação nos eixos X e eixo Y do plano, a fim de garantir o
prumo da estaca; indica o torque da perfuração em cada centímetro da inserção; faz
uma relação entre a velocidade de perfuração com torque, medido através do sensor
de rotação, e indica a penetração em centímetros por hora. (MAGGI FUNDAÇÕES,
2015)
2.3.1.2. Concretagem
Após atingir a profundidade de projeto inicia-se o processo de concretagem da
estaca com concreto bombeado contínuo e ininterrupto até a cota superior do terreno
em conjunto com a retirada do trado do fuste da estaca (PENNA S. D., et alii, 1999).
O processo de concretagem inicia-se subindo o trado em torno de 20 cm, para
poder dar espaço para a tampa abrir e o subsequente enchimento do tubo central com
o concreto. (MAGGI FUNDAÇÕES, 2015)
Após o sistema de monitoramento indicar que o tubo central está completo com
concreto, ele emite um sinal sonoro para o operador iniciar a retirada do trado
helicoidal do fuste da estaca. (MAGGI FUNDAÇÕES, 2015)
Nesta fase do processo de execução os parâmetros que devem ser observados
pelo operador são basicamente: velocidade ideal de subida do trado (indicado pelo
sistema), pressão do concreto (sempre deve ser positiva), superconsumo (consumo a
mais que o teórico para aquela determinada seção), vazão da bomba, a inclinação do
equipamento sempre abaixo de 1/100 do comprimento total da estaca, conforme item
8.5.7 da (ABNT-NBR 6122/2010) e, também, verificar as condições do gráfico do fuste
da estaca gerado pelo sistema de monitoramento.
Em solos cuja resistência é baixa, a concretagem deve ser observada com
atenção, pois a pressão do concreto será baixa e o superconsumo será elevado, a fim
de garantir a integridade da estaca o operador deve manter sempre a pressão de
21
concreto positiva, mesmo que isto acarrete um consumo maior. (MAGGI
FUNDAÇÕES, 2015)
As estacas do tipo Hélice Contínua não devem ser executadas em intervalos
menores do que 12 horas se os espaçamentos entre eixos das mesmas estiverem
menores do que cinco vezes o diâmetro da maior estaca. Esta medida é necessária,
devido ao fato do concreto ser injetado sobre pressão podendo acarretar em uma
junção das duas estacas no subsolo comprometendo a estrutura individual de cada
elemento. (MAGGI FUNDAÇÕES, 2015)
2.3.1.3. Colocação da armadura
Como a concretagem é executada até a superfície do terreno, a colocação da
armadura procede-se imediatamente após o termino da concretagem. Sua descida
pode ser auxiliada pelo próprio peso, peso adicional ou até com a utilização de
aparelhos vibratórios. (MAGGI FUNDAÇÕES, 2015)
Para que a armadura da estaca seja posicionada adequadamente e o processo
executivo se torne possível o concreto possui especificações distintas do concreto
convencional. Este traço específico deve possuir consumo de cimento maior do que
400 kg por m³, agregado pedrisco e areia, fator água/cimento <= 0,6, slump-test igual
a 22 + - 3cm, conforme (ABNT-NBR NM 67 - 5738/2004), este traço de concreto ao
fim dos 28 dias deve garantir no mínimo uma resistência de fck 20 MPa, conforme
(ABNT-NBR 6118/2014).
2.3.1.4. Controle da qualidade de execução
Os controles dos processos executivos, bem como os parâmetros de
conferência e exigência de relatórios, estão contidos nos itens F10 e F11 do anexo F
(normativo) da ABNT-NBR 6122/2010.
Contudo, a Hélice Contínua é um método de execução de estaca onde não se
pode inspecionar o fuste no momento da execução. Para tanto, se houver algum
problema com a análise dos gráficos de execução, deve-se proceder com
mecanismos de análise das fundações, segundo (PENNA S. D., et alii, 1999), quando
se torna necessário a verificação da integridade do fuste de uma estaca de concreto
moldada in loco. Podem-se utilizar vários procedimentos como, por exemplo, o exame
de fuste, a retirada de testemunhos utilizando-se sondagens rotativas no eixo das
estacas feitas, o ensaio P.I.T. (Pile Integrity Test), e as provas de carga estática e
22
dinâmica. Destes cinco ensaios, os três primeiros só se aplicam a verificação da
integridade dos fustes, enquanto os dois últimos além dessa verificação, também
permitem avaliar a capacidade de carga das estacas.
Estes problemas de integridade das estacas aparecem comumente na parte
superior dos fustes, uma vez que operadores novos ao sacar o trado no processo de
concretagem observam que o concreto está vazando para fora e tem a tendência de
acelerar o processo de retirada do trado. Este procedimento errado vai ao sentido
contrário da boa prática de execução da concretagem, que determina que se
mantenha a bomba de injeção de concreto em operação e a pressão da concretagem
positiva até pelo menos a cota de arrasamento das estacas. (PENNA S. D., et alii,
1999)
Quando há suspeita que o procedimento tem um problema no final da estaca,
deve-se proceder com a exumação da cabeça da estaca. No caso da Hélice Contínua
não há dificuldades para a remoção do solo ao redor da cabeça da estaca, pois
sempre há uma máquina do tipo retroescavadeira ou similar auxiliando no processo
executivo. (PENNA S. D., et alii, 1999)
O ensaio de P.I.T. (Pile Integrity Test) está sendo cada vez mais utilizado. Os
custos para sua execução vêm sendo reduzidos devido a elevada procura por este
procedimento. É um ensaio simples onde se usam receptores de frequência do tipo
acelerômetros acoplados à estaca e se exerce uma força axial ao sentido longitudinal
da estaca com um martelo de mão. Os receptores leem a amplitude da onda, a
velocidade de descida e de retorno da onda de choque mecânico. (PENNA S. D., et
alii, 1999)
Apesar da desconfiança que o teste pode transmitir, por não se tratar de um
teste visual, e que qualquer diferencial de impedância é retornado aos acelerômetros,
podendo ser apenas uma trinca, diferença de concreto ou até o alargamento da seção
da estaca esse teste mostra-se eficiente para identificação de inflexões na seção da
estaca. (PENNA S. D., et alii, 1999)
Para aceitação de uma estaca através do sistema de P.I.T., são sugeridos que
sejam analisados pelo menos 6 sinais de velocidade e que, cada um desses sinais,
represente a média de, pelo menos, 6 golpes aplicados no topo da estaca. (PENNA
S. D., et alii, 1999)
Após esta verificação se avalia os critérios de sinal de velocidade, condições
de integridade da estaca e diagnóstico final. (PENNA S. D., et alii, 1999)
23
Se estas condições não atenderem as premissas de integridade da estaca
deve-se escavar para verificação do “dano”, quando as condições geotécnicas assim
permitirem. (PENNA S. D., et alii, 1999)
Conforme (PENNA S. D., et alii, 1999), o relatório do P.I.T., na sua essência,
deverá ser conclusivo, retratando a realidade das estacas testadas dentro das
limitações e vantagens que o ensaio oferece. Uma vez que se rejeitada uma estaca,
a convicção e a certeza do diagnóstico são de fundamental importância, tendo em
vista que a condenação refletirá em custos e prazos adicionais, muitas vezes
insuportáveis ao empreendimento em construção, e constrangimento da “incerteza”
criada quando à qualidade da construção do restante das fundações.
2.3.2. Desvantagens das estacas do tipo Hélice Contínua
Apesar de todas as vantagens do sistema de execução, como em todo sistema
construtivo, estacas do tipo Hélice Contínua tem desvantagens que devem ser
consideradas para escolha desta fundação. Nacional Fundações (2015) e Cabral;
Yukio (2015) citam as desvantagens a seguir, que devem ser consideradas durante a
escolha por este sistema de fundação.
Necessidade de locais planos e compactados para locomoção dos
equipamentos de execução;
Grande acumulo de solo retirado do fuste das estacas, exigindo remoção
constante;
Número grande de estacas para ser competitiva com os demais sistemas
disponíveis no mercado, devido ao custo elevado de mobilização.
Necessidade de injeção de concreto continuo e ininterrupto, para não
ocasionar endurecimento do mesmo no interior do sistema.
Dificuldade do controle da qualidade do concreto, como em todas as estacas
moldadas in loco.
Sistema de sensores de monitoramento em perfeitas condições de uso, afim
de minimizar problemas executivos.
Operador e equipe qualificados, uma vez que a boa prática de execução
depende da experiência e controle do processo executivo por parte do operador.
24
Necessidade de uma máquina do tipo escavadeira o tempo todo para auxiliar
na retirada do solo e da lama de refluxo proveniente das escavações, e na limpeza do
terreno em torno do local de mobilidade da perfuratriz.
Dificuldade de colocação de armaduras mais profundas, principalmente em
contenções.
Restrição de distância para perfurar estacas próximas a divisas físicas,
devido a motor de giro que excede os limites do trado helicoidal.
Consumo excessivo de concreto em solos não coesivos.
Tempo elevado para a montagem do equipamento.
Dificuldade de encontrar frete/transportador para o equipamento por se tratar
de carreta especial.
2.4. SONDAGEM SPT
Segundo a (ABNT-NBR 6484/2001), sondagem SPT é o ensaio pelo qual se
determina o índice da resistência à penetração (N). Onde (N) é a abreviatura para
índice de penetração ao SPT, cuja determinação se dá pelo número de golpes
correspondentes à cravação de 30 cm do amostrador-padrão, após a cravação inicial
de 15 cm, utilizando-se de corda de sisal para levantamento do martelo padronizado.
Classificação dos solos amostrados segundo (ABNT-NBR 6484/2001).
- Solos grossos: Aqueles nos quais a fração predominante dos grãos é visível a olho nu, compreendendo as areias e os pedregulhos. - Solos finos: Aqueles nos quais a fração predominante dos grãos não é visível a olho nu; compreendendo as argilas e os siltes. - Solos orgânicos: Aqueles que contêm uma quantidade significativa de matéria orgânica, apresentando geralmente cores escuras (por exemplo, preto e cinza escuro). - Plasticidade: Propriedade dos solos finos argilosos de sofrerem grandes deformações permanentes, sem ruptura, fissuramento ou variação de volume apreciável.
Quanto à resistência os solos são classificados conforme TABELA 1, a seguir.
25
TABELA 1 - ESTADO DE COMPACIDADE E DE CONSISTÊNCIA
FONTE: Anexo A da (ABNT–NBR 6484/2001)
2.5. MÉTODOS DE DIMENSIONAMENTO SEMI-EMPÍRICO
De acordo com Caputo (1987), o cálculo da capacidade de carga do solo pode
ser feito por diferentes métodos e processos, embora nenhum deles seja
matematicamente exato, daí a denominação semi-empíricos.
Segundo a (ABNT-NBR 6122/2010), métodos semi-empíricos são métodos que
relacionam resultados de ensaios (tais como o SPT, CPT etc.) com tensões
admissíveis ou tensões resistentes de projeto. Devem ser observados os domínios de
validade de suas aplicações, bem como as dispersões dos dados e as limitações
regionais associadas a cada um dos métodos.
2.5.1. Método de Décourt–Quaresma (1978)
Em 1978 os Engenheiros Luciano Décourt e Arthur Rodrigues Quaresma
apresentaram ao 6º Congresso Brasileiro de Mecânica dos solos e Engenharia de
26
Fundações um método para a determinação da capacidade de carga de estacas a
partir de valores de SPT (MARANGON, 2015).
Por se tratar de um método semi-empírico, inicialmente os coeficientes usados
pelos autores eram frutos somente de experiência profissional, sem ter uma
comparação com provas de carga de forma sistemática nas estacas por eles
dimensionadas. (MARANGON, 2015)
Como é processo estritamente baseado em SPT, o método apresenta
considerações genéricas, tais diferenças são evidenciadas na segmentação do solo
em basicamente 3 elementos, Argilas, Siltes e Areias, sem ter uma distinção tão ampla
do material amostrado (MARANGON, 2015).
Posteriormente foram analisadas 41 provas de carga pelo segundo autor, a fim
de confrontar com os resultados obtidos pelo método de dimensionamento, os valores
que demonstraram as provas de carga, confirmaram os coeficientes utilizados pelos
autores, sendo que apenas 13 das provas apresentavam valores de ruptura.
(MARANGON, 2015)
Apesar de o estudo ser direcionado para estacas do tipo pré-moldada de
deslocamento, o estudo teve seus aperfeiçoamentos, em 1982 no 2º Simpósio
Europeu sobre Ensaios de Penetração (Amsterdam), o Engenheiro Civil Luciano
Décourt propôs um adendo ao seu método, que se mantém em utilização até o
presente momento. (MARANGON, 2015)
Ao analisar a resistência lateral de uma estaca, Décourt (1982) propôs a
seguinte equação: 𝑞𝑠 = (𝑁𝑚
3+ 1) . 𝐴𝑠, onde Nm é o valor médio do NSPT ao longo do
fuste; esta expressão não dependia do tipo de solo em estudo.
Mais tarde no ano de 2000, Schnaid propôs uma alteração nesta equação
inicial, atribuindo um coeficiente multiplicador β e um fator também multiplicador de
valor 10 para a equação, ficando da seguinte forma: 𝑞𝑠 = 𝛽. 10 ( 𝑁𝑚
3+ 1) . 𝐴𝑠.. Tendo
assim a necessidade de discretizar o tipo do solo, uma vez que β depende do material
que constitui o solo em análise.
Quando se determina o número Nm, os valores de NSPT maiores do que 50
devem ser considerados iguais a 50 e menores do que 3 devem ser considerados 3.
Para a parcela correspondente a ponta Décourt propôs a expressão a seguir:
27
𝑞𝑝 = 𝛼 . 𝐾. 𝑁𝑠𝑝𝑡𝑝. 𝐴𝑝, onde:
𝑞𝑠 = Resistência Lateral.
qp = Resistência de ponta.
Nm = Valor médio do NSPT.
𝛼 = Coeficiente do tipo de estaca (TABELA 2).
𝛽 = Coeficiente do tipo de estaca (TABELA 3).
𝐾 = Coeficiente que relaciona a resistência de ponta com o valor de Np (
TABELA 4).
𝑁𝑆𝑃𝑇𝑃 = Média dos valores de NSPT da ponta.
𝐴𝑝 = Área da ponta ou base da estaca.
𝐴𝑠 = Área da seção lateral da estaca em contato com o respectivo solo.
Para que o método pudesse ser utilizado, foram empregados alguns
coeficientes de segurança, o coeficiente de segurança global pode ser escrito por:
F=Fp.Ff.Fd.Fw, onde:
Fp = Coeficiente de segurança relativo aos parâmetros do solo (1,1 para atrito
lateral; 1,35 para resistência de ponta).
Ff = Coeficiente de segurança relativo à formulação adotada (1,0).
Fd = Coeficiente de segurança para evitar recalques excessivos (1,0 para atrito
lateral; 2,5 para a resistência de ponta).
Fw = Coeficiente de segurança relativo à carga de trabalho da estaca (1,2).
Com isso temos:
Para a resistência lateral: Fs = 1,1 x 1,0 x 1,0 x 1,2 = 1,32 ≅ 1,3
Para a resistência de ponta: Fp= 1,35 x 1,0 x 2,5 x 1,2 = 4,05 ≅ 4,0
Portanto a carga admissível (Qadm) na estaca será dada por:
𝑄𝑎𝑑𝑚 = 𝑞𝑠
1,3+
𝑞𝑝
4,0
28
TABELA 2 – VALORES ATRIBUÍDOS AO COEFICIENTE 𝛼 EMPREGADO NO MÉTODO DE DÉCOURT-QUARESMA (1978) EM FUNÇÃO DO TIPO DE ESTACA
E DO TIPO DE SOLO
FONTE: Schnaid (2000)
TABELA 3 – VALORES ATRIBUÍDOS AO COEFICIENTE β EMPREGADO NO MÉTODO DE DÉCOURT-QUARESMA (1978) EM FUNÇÃO DO TIPO DE ESTACA
E DO TIPO DE SOLO
FONTE: Schnaid (2000)
TABELA 4 – VALORES ATRIBUÍDOS À VARIÁVEL K EMPREGADA NO MÉTODO
DE DÉCOURT-QUARESMA
FONTE: Schnaid (2000)
2.6. PROVA DE CARGA ESTÁTICA A COMPRESSÃO (PCC)
Segundo a (ABNT-NBR 12131/1992), define-se prova de carga estática no que
consiste em aplicar esforços estáticos crescentes à estaca e registrar os
deslocamentos correspondentes. Os esforços aplicados podem ser axiais, de tração
ou de compressão, também podem ser transversais.
Solo/estaca CravadaEscavada
(em geral)
Escavada
(Bentonita)
Hélice
ContínuaRaiz
Injetada
(alta pressão)
Argilas 1,0 0,9 0,9 0,3 0,9 1,0
Solos Intermediários 1,0 0,6 0,6 0,3 0,6 1,0
Areias 1,0 0,5 0,5 0,3 0,5 1,0
Valores atribuídos ao coeficiente α empregado no método de Decourt e Quaresma (1978) em função do tipo de estaca
e do tipo de solo (Schnaid, 2000)
Solo/estaca CravadaEscavada
(em geral)
Escavada
(Bentonita)
Hélice
ContínuaRaiz
Injetada
(alta pressão)Argilas 1,00 0,85 0,90 1,00 1,50 3,00
Solos Intermediários 1,00 0,65 0,75 1,00 1,50 3,00
Areias 1,00 0,50 0,60 1,00 1,50 3,00
Valores atribuídos ao coeficiente β empregado no método de Decourt e Quaresma (1978) em função do tipo de estaca
e do tipo de solo (Schnaid, 2000)
Tipo de Estaca
120
200
250
400
K(kN/m²)Argilas
Siltes Argilosos (solos residuais)
Siltes Arenosos
Areias
29
2.6.1. Aparelhagem
2.6.1.1. Dispositivos de medidas
Basicamente uma prova de carga é constituída por um ou mais dispositivos de
carga hidráulicos, do tipo “macaco”, alimentados por bombas manuais ou elétricas,
exercendo carga sobre a estaca e apoiados em um sistema de reação de igual ou
maior carga que se deseja ensaiar. (ABNT-NBR 12131/1992)
O sistema é implementado a fim de não produzir choques nem vibrações, e que
a carga atue de forma constante e centralizada no elemento a ser testado, de modo a
garantir a uniformidade da distribuição dos esforços ao longo do conjunto estaca/solo;
o aparelhamento da parte superior da estaca é de suma importância para que isto
aconteça, para isso é conveniente preparar de forma correta, substituindo o material
danificado e eventualmente de má qualidade por outro que venha a atender as
condições necessárias de trabalho. (ABNT-NBR 12131/1992)
Os sistemas de aplicação de carga, “macacos” devem possuir uma capacidade
de ao menos 10% maior que o máximo carregamento exigido e o curso do embolo
central compatível com os máximos deslocamentos desejados na estaca e no sistema
de reação. (ABNT-NBR 12131/1992)
Os sistemas de reação podem ser de diversos tipos, considerando que devem
garantir condições adequadas de segurança e cuja carga deve ser de no mínimo 15%
maior que o a capacidade de carga máxima prevista na estaca a ser ensaiada, estas
distâncias estão dispostas no item 2.1.7 até o item 2.1.8 da (ABNT-NBR 12131/1992).
Se o sistema de reação possuir ancoragem em solo do tipo atirantamento o
sistema deve se manter íntegro, sem sofrer deformações e nem interferir no
espraiamento das tensões que o elemento estaca exerce sob o solo onde está
ancorada. (ABNT-NBR 12131/1992)
Conforme item 2.2.1 da (ABNT-NBR 12131/1992), na prova de carga estática
são obrigatoriamente realizados os registros de cargas aplicadas no macaco
hidráulico, os deslocamentos axiais do elemento estaca, e o tempo em que cada
medida de carga e deslocamento foi aferido.
Manômetros de leitura de pressão hidráulica são os elementos mais usuais
para registro da carga aplicada no dispositivo, este conjunto: macaco
hidráulico/bomba/manômetro deve estar calibrado e ter a certificação de calibragem
atualizada anualmente. (ABNT-NBR 12131/1992)
30
A (ABNT-NBR 12131/1992) diz que os deslocamentos são verificados por
intermédio de dispositivos chamados extensômetros mecânicos, instalados em dois
eixos ortogonais. Os extensômetros devem possibilitar uma leitura direta em escala
equivalente a 0.01mm, estes dispositivos são ancorados ou apoiados em vigas de
referência e devem possuir as seguintes características:
Rigidez de acordo com a sensibilidade das medidas dos deslocamentos do
elemento.
Independência de possíveis movimentos do solo, efeitos extremos de vento
e temperatura.
Se ocorrer alguma alteração de deslocamento devido a intempéries climáticas,
estes deslocamentos devem ser revistos e considerados se forem de relevância para
o conjunto ensaiado, se a dúvida quando à estabilidade dos extensômetros
permanecer deve-se executar o controle ótico com instrumento de precisão e
referencial de nível profundo colocados em uma distância mínima de 30 diâmetros ou
10m do eixo da estaca ensaiada. (ABNT-NBR 12131/1992)
Para a tal minimização dos efeitos externos procede-se com a construção de
um sistema de abrigo para o conjunto de dispositivos de medidas. (ABNT-NBR
12131/1992)
2.6.2. Execução do ensaio
2.6.2.1. Preparação da prova de carga
Conforme disposto no item 3.1.1 da (ABNT-NBR 12131/1992) a realização da
prova de carga deve ser comunicada ao executante da estaca e ao solicitante dos
ensaios, devendo ser garantido seu acesso em todas as fases da execução do ensaio.
Os controles de execução da estaca devem ser condizentes com a (ABNT-NBR
6122/2010), no que se trata de acompanhamento e relatórios para cada estaca
executada; estes registros devem incluir, detalhadamente, sua geometria, seu método
de execução, e as propriedades dos materiais constituintes no elemento. Quando for
o caso, serão fornecidos os parâmetros de cravação, escavação ou injeção e a
descrição dos incidentes de natureza qualquer.
O subsolo onde a estaca está engastada deve ser de conhecimento de todos
os envolvidos no processo, bem como a estaca ensaiada deve estar dentro do espaço
delimitado como influência do ensaio SPT que será analisado.
31
2.6.2.2. Início do ensaio
A partir do momento da execução da estaca e o início do carregamento será
respeitado um prazo mínimo de três dias no caso de solos não coesivos, e dez dias,
para solos com comportamento coesivos. No caso de estacas moldadas no solo, que
é o elemento do estudo deste trabalho, deve-se garantir um prazo mínimo para que a
resistência estrutural do elemento obedeça a critérios de projeto, e seja compatível
com a carga de ensaio. Com relação ao concreto, este deve satisfazer as resistências
mínimas e ser certificado através de ensaios característicos. (ABNT-NBR 12131/1992)
Se houver a necessidade e o interesse de observar outros parâmetros de
comportamento da estaca ao longo do tempo como: perda e recuperação de
capacidade de carga ao longo do tempo, atrito negativo devido ao amolgamento de
aterros, etecetera, podem ser mudados os prazos estabelecidos por norma.
2.6.2.3. Execução da prova de carga (ABNT-NBR 12131/1992)
É necessário que a estaca seja no mínimo carregada até duas vezes a sua
carga de trabalho, condição estabelecida pelos coeficientes de segurança aplicados
às metodologias de cálculo empregadas em estacas, que em geral são de ordem 2.
O carregamento pode ser de dois tipos; carregamento rápido e carregamento
lento. Os deslocamentos medidos nas duas modalidades de ensaio podem ser
diferentes, tendo em vista que sua interpretação deve ser considerada de acordo com
cada tipo.
Segundo a ABNT-NBR 12131 (1992), para ensaios de carregamento rápido,
deve-se adotar o procedimento abaixo.
1º - O carregamento deve ser executado em estágios iguais e sucessivos,
observando-se que:
- A carga aplicada em cada estágio não deve ser superior a 10% da carga de
trabalho prevista para a estaca ensaiada;
- Em cada estágio a carga deve ser mantida durante 10 5 10 minutos,
independentemente da estabilização dos deslocamentos;
2º - Em cada estágio, os deslocamentos devem ser lidos obrigatoriamente no
início e no final do estágio;
32
3º - Atingida a carga máxima de ensaio, o descarregamento deve ser feito em
quatro estágios, cada um mantido por 5min, com a leitura dos respectivos
deslocamentos;
4º - Após 10min do descarregamento total, deve ser feita uma leitura final.
Já os ensaios de carregamento lento, como os apresentados neste estudo, são
feitos em estágios iguais e sucessivos, observando o seguinte procedimento.
1º - A carga de aplicada não deve exceder 20% da carga de trabalho da estaca.
2º - Em cada estágio a carga deve ser mantida até a estabilização dos
deslocamentos e no mínimo por 30min.
3º - Nos estágios os deslocamentos devem ser lidos imediatamente à aplicação
da carga pelo dispositivo hidráulico, e as leituras segue o seguinte intervalo de tempo;
2min, 4min, 8min, 15min e 30min contados a partir do início do estágio e
posteriormente a cada 30min, até se atingir a estabilização.
4º - O critério para a paralisação e início de outro estágio é que a diferença
entre as leituras de deslocamento iniciais e finais não sejam superiores a 5% em
módulo. Em suma: (entre o deslocamento da estabilização do estágio anterior e do
estágio atual) o delta deve ser verificado e apontado como inferior a 5%.
5º - Não sendo atingida a ruptura da estaca o carregamento atual deve ser
mantido por 12hs entre a estabilização dos recalques e o descarregamento do sistema
hidráulico.
6º - O deslocamento precisa ser feito em no mínimo 4 estágios, mantendo os
registros de estabilização conforme os itens 3 e 4, o tempo mínimo para cada estágio
é de 15min.
7º - Após o descarregamento total, as leituras devem ser mantidas até a
estabilização total do elemento.
2.6.2.4. Resultados
Os resultados devem contemplar as informações gerais do ensaio,
características dos elementos ensaiados, perfil do solo e mapa da localização das
sondagens, data e hora do início e fim da prova de carga, planta e corte da montagem
da prova de carga, contemplando os sistemas de reação, de aplicação de carga e os
dispositivos de leitura e referencial.
Dimensões geométricas e estruturais dos elementos devem ser também
contempladas, executor do estaqueamento, datas de execução, cotas de topo e da
33
ponta da estaca, anomalias que existiram no processo executivo, característica do
concreto.
Devem constar no relatório as referências dos dispositivos de aplicação de
carga e medição das deformações, número de dispositivos, localização dos
extensômetros, e dados das aferições do conjunto macaco-bomba-manômetro.
Ocorrências tais como perturbação dos dispositivos de carga, modificações na
superfície do terreno, eventuais alterações climáticas e nos pontos de fixação das
referências de leitura, eventuais desaprumos dos dispositivos de carga, deformações
excessivas dos tirantes, outras informações devidas a contingências locais.
Os resultados técnicos do ensaio devem contemplar as tabelas da leitura,
tempo-recalque; carga-recalque de todos os estágios ensaiados.
A curva de carga-deslocamento indicando os tempos de início e fim de cada
estágio, adotando-se uma escala tal que a reta ligando a origem e o ponto da curva
correspondente à carga estimada de trabalho, resulte numa inclinação de (20 º ± 5 º)
com o eixo das cargas.
2.6.3. Quantidade de provas de carga
Segundo a (ABNT-NBR 6122/2010), é obrigatório a elaboração de provas de
carga em obras que possuírem número de estacas superior aos valores especificados
na coluna B da TABELA 5, sempre no começo da obra. Quando o número de estacas
for superior ao valor da coluna B da TABELA 5, deve ser executado um número de
provas de carga igual a no mínimo 1% da quantidade total de estacas, arredondando-
se sempre para cima.
Se as estacas dimensionadas com relação à tensão de trabalho conforme
coluna A da TABELA 5, não atenderem os requisitos mínimos da norma deve ser
considerada a obrigatoriedade da execução das provas de carga conforme disposto
na coluna A.
34
TABELA 5 – QUANTIDADES DE PROVAS DE CARGA
FONTE: ABNT–NBR 6122/2010
2.7. DIMENSIONAMENTO DE RECALQUE
2.7.1. Método de Van Der Veen (1953)
A metodologia proposta por Van Der Veen em 1953, propõe que a curva de
carga x recalque seja representada através de uma função exponencial oriunda da
equação (RIO PUC, 2015):
Q = Qult. (1 − e−α.r) , onde:
Q = É a carga vertical aplicada no estágio do carregamento.
𝑟 = É o recalque correspondente medido no topo da estaca.
𝛼 = É o coeficiente que define a forma da curva.
A B
Pré-Moldada a 7 100
Madeira - 100
Aço 0,5 fyk 100
Hélice Contínua de
Deslocamento (monitoradas)5 100
Estacas escavadas com ou
sem fluído Ø ≥ 70cm5 75
Raiz e 15,5 75
Microestaca e 15,5 75
Trado segmentado 5 50
Franki 7 100
Escavada sem fluído Ø ˂ 70cm 4 100
Strauss 4 100
TIPO DE ESTACA
Quantidade de provas de carga
Tensão (admissível) máxima abaixo da qual
não serão obrigatórias provas de carga,
desde que o número de estacas da obra seja
inferior à coluna B em MPa b c d
Número total de estacas da
obra a partir do qual serão
obrigatórias provas de carga b c d
35
Esta equação pode ser reescrita para um carregamento genérico da seguinte
forma:
1 −𝑄𝑘
𝑄𝑢𝑙𝑡= 𝑒α.rk − ln (1 −
𝑄𝑘
𝑄𝑢𝑙𝑡) = α. rk
Demonstrando uma relação linear entre os valores teóricos do recalque rk e a
parcela − ln (1 −𝑄𝑘
𝑄𝑢𝑙𝑡). Demonstrando no gráfico de provas de carga de carregamento
real rk 𝑣𝑒𝑟𝑠𝑢𝑠 − ln (1 −𝑄𝑘
𝑄𝑢𝑙𝑡).
Esta equação tem inicialmente o seu ponto de início plotado na origem dos
eixos do gráfico, em vista deste comportamento adota-se um coeficiente β
correspondente ao ajuste do início do segmento de reta.
Q = Qult(1 − e−(α.r+ β))
Considerando novamente um carregamento no estágio k
− ln (1 −𝑄𝑘
𝑄𝑢𝑙𝑡) = α. rk + 𝛽
Conforme são estimados os valores 𝑄𝑢𝑙𝑡 são encontrados novos 𝛼 e 𝛽 para
cada ponto, quando o coeficiente de correlação R² apresentar o melhor ajuste a curva
de carga x recalque pode ser extrapolada segundo a equação Q = Qult(1 − e−(α.r+ β))
2.7.2. Método de previsão de recalque da (ABNT-NBR 6122/2010)
A (ABNT-NBR 6122/2010) estabelece que a interpretação da prova de carga
deve ser feita considerando a equação de recalque obtida pela expressão:
∆𝒓 = 𝑷 × 𝑳
𝑨 × 𝑬+
𝑫
𝟑𝟎, onde:
∆r = é o recalque de ruptura convencional;
P = é a carga de ruptura convencional;
36
L = é o comprimento da estaca;
A = é a área da seção transversal da estaca (estrutural);
E = é o módulo de elasticidade do material da estaca;
D = é o diâmetro do círculo circunscrito à estaca ou, no caso de barretes, o
diâmetro do círculo de área equivalente ao da seção transversal desta.
Esta análise não fica restrita a equação, e sim a interpretação da prova de carga
como um todo, considerando a natureza do terreno e os momentos de carregamento
lento da prova de carga conforme disposto na (ABNT-NBR 12131/1992).
2.8. CONCEITO DA RIGIDEZ DE DÉCOURT (2008)
Decóurt propôs em 1996 uma análise dos resultados da carga limite de uma
prova de carga estática através do método da rigidez que consiste na divisão da carga
aplicada no ensaio pelo seu respectivo recalque, para cada ponto, isto permite
visualizar a “distância” que se está da ruptura e identifica a transferencia de carga para
os domínio da ponto e do atrito. (DÉCOURT, 2008)
A FIGURA 1, da curva de carga x recalque mostra inicialmente pontos
importantes para a análise do Gráfico de Rigidez. Estas informações são obtidas por
uma reta entre a o ponto de regressão escolhido e a carga de ruptura convencional
(Quc). A intercepção desta reta com o eixo das abscissas indica o limite inferior do
domínio do atrito lateral (Qsl). (Melo, Albuquerque, Décourt & Carvalho)
FIGURA 1 – CURVA DE CARGA X RECALQUE
FONTE: (Melo, Albuquerque, Décourt & Carvalho)
37
O ponto de regressão é determinado pela correlações lineares entre Log Q e
Log r, estes coeficientes de correlação (R) são elevados ao quadrado para obter-se o
R². Analisando os dados de carga e recalque em ordem inversa ao carregamento,
pode-se identificar pelo R² uma alteração no comportamento da curva carga vs
recalque, indicando o ponto de regressão a ser escolhido. Em geral este ponto está
localizado onde o recalque corresponde a 2% do diâmetro da estaca. (Melo,
Albuquerque, Décourt & Carvalho).
A carga de ruptura convencional 𝑄𝑢𝑐 é determinada pela equação da curva
carga vs recalque e está contida em uma carga referente a um recalque de 10% do
diâmetro e é expressa pela equação (Melo, Albuquerque, Décourt & Carvalho):
𝑄𝑢𝑐 = 10𝐿𝑜𝑔 (
𝐷
10) 𝑏 − 𝑎
, onde:
Quc = Carga de ruptura convencional.
D = Diâmetro (mm).
a = Previsão da curva (Log Q vs Log r) no ponto de regressão.
b = Inclinação da curva (Log Q vs Log r) no ponto de regressão.
Considerando a rigidez (RIG) como multiplicação da carga aplicada (Q) e o
recalque (r) correspondente ao ponto k, tem-se:
Qu = limite de RIG quando r → ∞
Considera-se ruptura física como sendo a rigidez de um elemento isolado de
fundação nula, pressupondo deformação infinita.
𝑅𝐼𝐺 = 𝑄
𝑟 zero
O gráfico de rigidez,
FIGURA 2, deve ser plotado com os valores de rigidez (RIG) em ordenadas e
os valores de carga (Q) em abscissas, para que se determine a carga que leva à
38
rigidez nula. Mas como a rigidez nula pressupõe deformação infinita, a ruptura física
nunca foi atingida. Portanto calcula-se a carga de ruptura convencional no Gráfico de
Rigidez (Quc) (Melo, Albuquerque, Décourt & Carvalho apud Fellenius, 2009).
FIGURA 2 - MÉTODO DE EXTRAPOLACAO DE DÉCOURT (2008)
FONTE: Melo, Albuquerque, Décourt & Carvalho apud Fellenius, 2009
De acordo com Décourt (2008), em provas de carga compostas por grandes
carregamentos, o gráfico de Rigidez indica visivelmente os domínios de ponta e de
atrito lateral. A partir do ponto de regressão escolhido, a ponta deixa de ser fator
predominante, constatada pela redução nítida de R², neste ponto de transição separa-
se a parte do Gráfico de Rigidez correspondente ao domínio de ponta e ao domínio
do atrito lateral, vide FIGURA 3. A transição pode incluir alguns pontos até iniciar o
domínio do atrito lateral. (Melo, Albuquerque, Décourt & Carvalho, 2009)
FIGURA 3 – DOMÍNIO DE PONTA E DE ATRITO LATERAL NO GRÁFICO DE RIGIDEZ
FONTE: Melo (2009)
39
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Apresentam-se neste capítulo informações a respeito de localização dos
ensaios estáticos na Formação Guabirotuba, os ensaios de prova carga estática e
uma breve descrição do método adotado.
3.1. FORMAÇÃO GUABIROTUBA
As provas de carga selecionadas foram executadas na região de Araucária,
especificamente nas obras de ampliação do complexo da REPAR – Refinaria
Presidente Getúlio Vargas.
O destaque em vermelho na FIGURA 4 demonstra a ocorrência da Formação
Guabirotuba na região de Araucária. Enquanto o contorno amarelo corresponde à
área das obras.
FIGURA 4 – FORMAÇÃO GUABIROTUBA NA REGIÃO DE ARAUCÁRIA
FONTE: http://sigmine.dnpm.gov.br/webmap/
40
3.2. PROVAS DE CARGA ESTÁTICA
Realizamos contatos com empresas especializadas na prestação de serviços
dessa natureza, a saber:
FUGRO IN SITU GEOTECNIA – UNIDADE PARANÁ
Rua Apucarana, 895 – Emiliano Perneta
Pinhais/PR – CEP: 83.324-450
Fone: (41) 3345-1424
Site: www.fugroinsitu.com.br
Contato: Alessander Christopher Morales Kormann
SOLOTÉCNICA – ENGENHARIA E SONDAGEM
Rua Rockfeller, 1553 – Rebouças
Curitiba – PR – CEP: 80230-130
Fone: (41) 3333-0085
Contato: Thierry Kahale
Nesta pesquisa de dados acumulamos informações de catorze ensaios que
atenderam o parâmetro do local da execução. Na TABELA 6 apresentamos a relação
que descreve informações sucintas dos mesmos. Porém, o ensaio 14 não será
analisado, pois não possuía informações de sondagem que possibilitasse o
redimensionamento da capacidade de carga.
Os gráficos da curva de CARGA X DESLOCAMENTO das provas de carga
estática à compressão são apresentados no APÊNDICE A.
Os perfis das sondagens referenciadas na TABELA 6 estão a disposição no
APÊNDICE B deste documento.
41
TABELA 6 – RELAÇÃO DAS PROVAS DE CARGA ESTÁTICA À COMPRESSÃO
REALIZADAS EM CURITIBA E REGIÃO METROPOLITANA
FONTE: os próprios autores
01
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,25
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42
3.3. APLICAÇÃO DO MÉTODO DA RIGIDEZ PROPOSTO POR DÉCOURT
(2008)
3.3.1. Ponto de regressão
Para determinar o ponto de regressão de uma curva de carga x recalque
utilizamos os passos descritos na TABELA 7 que inicia-se com o lançamento dos
dados do ensaio estático em ordem inversa, seguido pelo cálculo de Log Q e Log s.
A seguir, avaliam-se os coeficientes de correlação R e R² e no ponto onde a correlação
R for menor que 0,99, seleciona-se o ponto anterior como o ponto de regressão.
A equação no ponto é definida por:
Log Q = a + b Log s, onde:
a = Previsão da curva (Log Q vs Log s).
b = Inclinação da curva (Log Q vs Log s).
TABELA 7 – PONTO DE REGRESSÃO
FONTE: os próprios autores
Portanto, a equação da curva correspondente ao ponto de regressão é:
Log Q = -0,10934 + 0,12397 Log s
PONTO CARGA (MN) Recalque "s" (mm) LOG Q (MN) LOG s (mm) Coef. Correl R Coef. Correl R² Inclinação (b) Previsão (a)
1 1,295 52,975 0,112272451 1,724070965 - - - -
2 1,076 17,238 0,031752854 1,236474279 1,00000 1,00000 0,16514 -0,17243
3 0,867 2,218 -0,062151648 0,345863629 0,99245 0,98495 0,12397 -0,10934
4 0,648 1,145 -0,188757544 0,058805487 0,96660 0,93431 0,16181 -0,16285
5 0,428 0,542 -0,368202445 -0,265600257 0,93914 0,88199 0,21365 -0,22747
6 0,219 0,217 -0,65924822 -0,662540739 0,91851 0,84366 0,28850 -0,30624
DADOS DO ENSAIO ESTÁTICO CALCULO DE LOG COEFICIENTES DE CORRELAÇÃO DADOS DA EQUAÇÃO
43
3.3.2. Carga de ruptura convencional (Quc)
A carga de ruptura convencional (Quc) é dada pela expressão:
Quc = 10Log( D
10)b−a , onde:
Quc = Carga de ruptura convencional.
D = Diâmetro (mm).
a = Previsão da curva (Log Q vs Log r) no ponto de regressão.
b = Inclinação da curva (Log Q vs Log r) no ponto de regressão.
Portanto tem-se que:
Quc = 10Log( 500
10)0,12397−0,10934
𝐐𝐮𝐜 = 1,263
3.3.3. Domínio inferior do atrito lateral (Qsl)
Com auxílio da FIGURA 5, plota-se o ponto Quc, o ponto de regressão e traça-
se uma reta entre eles que deve ser prolongada até o eixo das cargas. O valor obtido
no eixo das cargas é o domínio inferior do atrito (Qsl).
44
FIGURA 5 - DOMÍNIO INFERIOR DO ATRITO LATERAL (Qsl)
FONTE: os próprios autores
A partir dos ponto Quc e os pontos da regressão calcula-se a intercepção da
reta no eixo das cargas, de acordo com a TABELA 8.
TABELA 8 – PONTO DE INTERCEPÇÃO DA RETA
FONTE: os próprios autores
0
10
20
30
40
50
60
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
REC
ALQ
UE
(MM
)
CARGA (MN)
Pontos da Curva Carga Recalque Q vs sQuc Ponto de RegressãoLinha entre o ponto 3 e Quc Qsl
Recalque "s" (mm) CARGA (MN)
2,218 0,867
50,000 1,263
Intercepção= 0,848
45
3.3.4. Domínio superior do atrito lateral (Qsu)
O domínio superior do atrito lateral é dado para um deslocamento s de 10% do
diâmento da estaca, calculado a partir da equação que segue:
𝐐𝐬𝐮 = 𝐈𝐧𝐭𝐞𝐫𝐜𝐞𝐩çã𝐨
𝟏−(𝐢𝐧𝐜𝐥𝐢𝐧𝐚çã𝐨/𝐬)
Para desenvolvimento da equação, utilizamos primeiramente a TABELA 9, que
mostra o domínio lateral através dos pontos que mantém a tendência de linearilidade
dos coeficientes R².
TABELA 9 – PONTOS DO DOMÍNIO LATERAL
FONTE: os próprios autores
O primeiro ponto do domínio corresponde ao ponto posterior ao ponto da
regressão, determinado anteriormente. A partir de um possível ponto de inflexão
despreza-se os demais dados da prova de carga e, caso não haja inflexão, deve-se
considerar todos os demais pontos do ensaio.
Para prosseguir a análise, elabora-se a TABELA 10, que inclui o cálculo de
rigidez.
PONTO CARGA (MN) Recalque "s" (mm) LOG Q (MN) LOG s (mm) Coef. Correl R Coef. Correl R²
1 1,295 52,975 0,112 1,724 - -
2 1,076 17,238 0,032 1,236 1,000 1,000
3 0,867 2,218 -0,062 0,346 0,992 0,985
4 0,648 1,145 -0,189 0,059 0,967 0,934
5 0,428 0,542 -0,368 -0,266 0,939 0,882
6 0,219 0,217 -0,659 -0,663 0,919 0,844
DADOS DO ENSAIO ESTÁTICO CALCULO DE LOG COEFICIENTES DE CORRELAÇÃO
46
TABELA 10 – DOMÍNIO DO ATRITO LATERAL
FONTE: os próprios autores
Assim temos que:
𝐐𝐬𝐮 = 𝟏,𝟏𝟗𝟓
𝟏−(−𝟎,𝟗𝟔𝟗/𝟓𝟎)
𝐐𝐬𝐮 = 1,17205
3.3.5. Atrito lateral (Qs)
O atrito lateral corresponde à carga de ruptura lateral e é representada pela
equação:
𝐐𝐬 = 𝐐𝐬𝐥+ 𝐐𝐬𝐮
𝟐, onde:
𝐐𝐬 = Carga lateral.
𝐐𝐬𝐥= Carga correspondente ao deslocamento referente a 0,1.D.
𝐐𝐬𝐮= Limite inferior do atrito lateral.
𝐐𝐬 = 𝟎,𝟖𝟒𝟖𝟐𝟖+𝟏,𝟏𝟕𝟐𝟎𝟓
𝟐
𝐐𝐬 = 𝟏, 𝟎𝟏𝟎𝟏𝟕 𝐌𝐍
PONTO CARGA (MN) RIGIDEZ (MN/mm) Inclinação Intercepção
4 0,648 0,566 - -
5 0,428 0,790 -0,978 1,201
6 0,219 1,008 -0,969 1,195
DOMINIO DO ATRITO
47
3.3.6. Gráfico da Rigidez
A rigidez consiste na divisão da carga “Q” pelo recalque “s”, com os valores da
PCC, TABELA 11 pode-se determinar a FIGURA 6.
TABELA 11 – VALORES DE CARGA E RECALQUE DA PROVA DE CARGA ESTÁTICA
FONTE: os próprios autores
FIGURA 6 – GRÁFICO DA RIGIDEZ
FONTE: os próprios autores
3.3.7. Domínio da Ponta
Com a regressão do ponto 1 ao ponto 3 obtem-se a TABELA 12:
PONTO CARGA (MN) RIGIDEZ
1 1,295 0,02445
2 1,076 0,06241
3 0,867 0,39083
4 0,648 0,56551
5 0,428 0,78958
6 0,219 1,00761
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
RIG
IDEZ
RIG
(MN
/MM
)
CARGA (MN)
48
TABELA 12 – DADOS DA CURVA DE REGRESSÃO DA PONTA.
FONTE: os próprios autores
Assim, a equação da curva correspondente ao domínio da ponta é:
Log Q = -1,243 - 0,083 Log RIG
FIGURA 7 – GRÁFICO DO DOMÍNIO DA PONTA
FONTE: os próprios autores
PONTO CARGA (MN) LOG (RIG) Inclinação Log (RIG) Intercepção Log (RIG)
1 0,096 -2,72042 - -
2 0,092 -2,49440 -0,08178 -1,24020
3 0,088 -2,26342 -0,08269 -1,24262
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
RIG
IDEZ
RIG
(M
N/M
M)
CARGA (MN)
Gráfico da Rigidez Ponto 1 ao ponto 3 Carga de Ruptura Dominio da Ponta
49
3.3.8. Domínio do Atrito
Com a regressão do ponto 4 ao ponto 6 obtem-se a TABELA 13:
TABELA 13 – DADOS DA CURVA DE REGRESSÃO DO ATRITO
FONTE: os próprios autores
Portanto, a equação da curva correspondente ao domínio do atrito é:
Log Q = 1,195 - 0,969 RIG
FIGURA 8 - GRÁFICO DO DOMÍNIO DO ATRITO
FONTE: os próprios autores
PONTO CARGA (MN) RIGIDEZ (MN/mm) Inclinação Intercepção
4 0,648 0,566 - -
5 0,428 0,790 -0,978 1,201
6 0,219 1,008 -0,969 1,195
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
RIG
IDEZ
RIG
(M
N/M
M)
CARGA (MN)
Gráfico de Rigidez Dominio do Atrito Ponto 4 ao Ponto 6
50
FIGURA 9 – GRÁFICO DO DOMÍNIO DA PONTA E DO DOMÍNIO DO ATRITO
FONTE: os próprios autores
3.4. DETERMINAÇÃO DA CARGA DE RUPTURA – PR
Para determinar a carga de ruptura, é necessária a aplicação de dois métodos.
O primeiro é a equação de Van Der Veen de extrapolação da curva de carga x
recalque e o segundo a equação de recalque da (ABNT-NBR 6122/2010).
3.4.1. Aplicação do método de Van Der Veen de extrapolação da durva de Carga x
Recalque
Para o ajuste dos coeficientes a e b do método são estabelecidas duas relações
do método de Van Der Veen. A curva logarítmica representada pela equação: 𝑦1 =
− ln(1 −𝑃
𝑃𝑅) e a reta expressada pela equação: 𝑦2 = 𝑎𝑟 + 𝑏 , onde:
y1= Equação da Curva.
P = Carga aplicada na PCC.
PR= Carga de ruptura de ajuste da curva.
y2= Equação da reta de ajuste.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4
RIG
IDEZ
RIG
(M
N/M
M)
CARGA (MN)
Gráfico de Rigidez Dominio do Atrito Ponto 4 ao Ponto 6 Dominio da Ponta
51
a = Coeficiente angular
r = Recalque no ponto.
b = Coeficiente linear de interceptação do eixo Y
Na aplicação de Van Der Veen busca-se a melhor correlação entre y1 e y2,
conforme FIGURA 10.
FIGURA 10 – INTERPRETAÇÃO DAS EQUAÇÕES Y1 E Y2 DO MÉTODO DE VAN
DER VEEN
FONTE: os próprios autores
Os valores de cálculo de cada uma das equações são detalhados na TABELA
14, a seguir.
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0 10 20 30 40 50 60
Val
ore
s d
e
Recalque "r" (mm)
Y1 Y2
=0,925
52
TABELA 14 – VALORES DE CÁLCULO DAS EQUAÇÕES DE VAN DER VEEN
FONTE: os próprios autores
O coeficiente angular “a” é obtido pela divisão de y1 menos o recalque “r” no
primeiro e último ponto da equação logaritmica.
O ponto b é escolhido de forma que as duas equações correspondentes se
ajustem de forma linear, portanto é o valor onde a linha ajustada intercepta o eixo.
Com os valores de y1 e y2 e os coeficientes “a” e “b” ajustados temos o gráfico
da PCC e o estimado por Van Der Veen, o ajuste deve se aproximar ao carregamento
e recalque real, FIGURA 11.
FIGURA 11 – GRÁFICO DA CURVA DE CARGA X RECALQUE SEGUNDO VAN DER VEEN
FONTE: os próprios autores
P (kN) r (mm) P (kN) r (mm)
1 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,925 838,821
2 219,155 0,217 219,155 0,217 0,172 0,932 842,754
3 428,349 0,542 428,349 0,542 0,368 0,943 848,579
4 647,504 1,145 866,659 2,218 0,977 0,998 859,213
5 866,659 2,218 1075,853 17,238 1,487 1,493 877,628
6 1075,853 17,238 1295,008 52,975 2,683 2,669 1077,522
7 1295,008 52,975 0,000 0,925 1293,656
PCEPONTO
PCEy1 = -LN(1-P/PR) y2 = ar+b PVan der Veen (kN)
53
3.4.2. Aplicação do método da (ABNT-NBR 6122/2010) na prova de carga
Para previsão de recalque segundo a norma (ABNT-NBR 6122/2010), são
necessários dados geométricos da estaca e as cargas aplicadas no ensaio, na
equação:
∆𝒓 = 𝑷 × 𝑳
𝑨 × 𝑬+
𝑫
𝟑𝟎 , onde:
∆𝑟 = é o recalque de ruptura convencional;
𝑃 = é a carga de ruptura convencional;
𝐿 = é o comprimento da estaca;
𝐴 = é a área da seção transversal da estaca (estrutural);
𝐸 = é o módulo de elasticidade do material da estaca;
𝐷 = é o diâmetro do círculo circunscrito à estaca ou, no caso de barretes, o
diâmetro do circulo de área equivalente ao da seção transversal desta.
No modelo em tela temos:
D = 0,5m
L = 11m
A = 0,19635m²
E = Módulo de Elasticidade do material para um concreto de fck=20MPa.
A aplicação da equação em cada carga P, resulta em uma variação de recalque
r, como demonstra a TABELA 15.
54
TABELA 15 – CÁLCULO DE r
FONTE: os próprios autores
Com os dados da TABELA 15 monta-se o gráfico da curva de Carga x
Recalque, FIGURA 12.
FIGURA 12 – GRÁFICO DA CURVA DE CARGA X RECALQUE SEGUNDO A
(ABNT-NBR 6122/2010)
FONTE: os próprios autores
0,000 16,667
219,155 17,243
428,349 17,794
647,504 18,371
866,659 18,947
1075,853 19,498
1295,008 20,075
NBR-6122
P - NBR6122 (kN) r (mm)
0
10
20
30
40
50
60
0 250 500 750 1.000 1.250 1.500
Rec
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"r"
(mm
)
Carga (kN)
PCE NBR 6122
55
A carga de ruptura é obtida através da leitura gráfica no gráfico de Carga x
Recalque, onde estão lançados, previsão de carga segundo Van Der Veen, curva da
prova de carga estática e a previsão de recalque segundo a (ABNT-NBR 6122/2010),
sendo anotado o menor ponto de interseção da previsão de recalque da (ABNT-NBR
6122/2010), com qualquer das curvas.
FIGURA 13 - GRÁFICO DA CURVA DE CARGA X RECALQUE SEGUNDO VAN
DER VEEN E DA CURVA X RECALQUE SEGUNDO A (ABNT-NBR 6122/2010)
FONTE: os próprios autores
0
10
20
30
40
50
60
0 250 500 750 1.000 1.250 1.500
Rec
alq
ue
"r"
(mm
)
Carga (kN)
PCE Van der Veen NBR 6122
PR = 1090 kN
56
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1. DIMENSIONAMENTO DA CAPACIDADE DE CARGA PELO MÉTODO DE
DÉCOURT-QUARESMA (1978)
No dimensionamento das capacidades de carga pelo método tradicional de
Décourt-Quaresma (1978) foram obtidos os resultados descritos na TABELA 16.
Comparando os resultados com as capacidades de carga aferidas na execução
das Provas de Carga Estática à Compressão, conforme FIGURA 14, verifica-se
desvios nas estacas 01a, 02, 04, 05, 06, 07, 08, 10 e 11, que estão acima do
carregamento real. Esse desvio de cálculo é atribuido à particularidade dos solos da
Formação Guabirotuba. E justifica a proposição de novos coeficientes e proposta
deste estudoa maioria dos ensaios apresentaram desvios.
Por outro lado, o dimensionamento por Décourt-Quaresma (1978), nas estacas
correspondentes aos ensaios PCC-03 (ponta em areia), PCC-12 (camada inicial de
aterro) e PCC-13 (perfil de silte), são inferiores se comparado às capacidades de
carga aferidas na execução das Provas de Carga Estática à Compressão.
No dimensionamento de cálculo foram consideradas as cotas de arrasamento
informadas nos relatórios das provas de cargas. Os relatórios completos fazem parte
do Apêndice C.
57
TABELA 16 – RESULTADOS OBTIDOS PELO MÉTODO TRADICIONAL DE
DÉCOURT-QUARESMA (1978)
FONTE: os próprios autores
Ca
rga
de
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Ca
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Ca
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(m)
58
FIGURA 14 – DADOS DO DIMENSIONAMENTO X RESULTADOS DA PROVA DE CARGA ESTÁTICA
FONTE: os próprios autores
20
40
60
80
10
0
12
0
14
0
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l)
59
4.2. AJUSTE DOS VALORES DE E DO MÉTODO SEMI EMPÍRICO DE
MÉTODO DE DÉCOURT-QUARESMA (1978)
A partir dos dados obtidos com aplicação do método da Rigidez de Décourt
(2008), do dimensionamento do recalque segundo a ABNT-NBR 6122/2010 e a da
curva de carga x recalque de Van Der Veen (1953), foram calculados novos
coeficientes e .
Para este cálculo específico, com argilas da Formação Guabirotuba,
classificamos três estacas que, segundo seus boletins de sondagem SPT, estariam
assentadas exclusivamente no referido perfil de solo. Essas estacas correspondem
àquelas testadas nas provas de carga PCC-01, PCC-02 e PCC-03. A TABELA 17, a
referencia os boletins de sondagem SPT de cada ensaio de prova de carga.
TABELA 17 – BOLETINS DE SONDAGEM DO ESTUDO
FONTE: os próprios autores
4.2.1. Ajuste do coeficiente - Parcela do dominio do atrito
Através da equação geral de dimensionamento de carga de ruptura de uma
estaca: 𝑃𝑅 = 𝑄𝑝 + 𝑄𝑠, segmentando o domínio da ponta do domínio do atrito lateral
pelo método da rigidez temos que 𝐐𝐬 = qs, portanto:
𝑞𝑠 = 𝛽. 10 ( 𝑁𝑚
3+ 1) . 𝐴𝑠 𝛽 =
𝑞𝑠
10(𝑁𝑚
3+1).𝐴𝑠
, onde:
01a SPT-03
02 Prédio CIC - REPAR - Araucária/PR 20/10/2007 03/11/2007 SPT-03
11Prédio da Termoformagem, Fábrica 1 -
Curitiba/PR25/02/2010 25/02/2010 SPT-13
Execução
Estaca
Execução
Ensaio
Sondagem SPT
Referência
Tanque HBIO - TQ4230 - Araucária/PR Não Informada 26/10/2007
PCC Local
60
𝑞𝑠 = Resistencia Lateral.
𝛽 = Coeficiente do tipo de estaca.
Nm = Valor médio do Nspt.
𝐴𝑠 = Área da seção lateral da estaca em contato com o respectivo solo.
Aplicada essa metodologia em três provas de carga da Formação Guabirotuba
o valor médio de β foi de 0,72, de acordo com a TABELA 18.
TABELA 18 – CÁLCULO DO VALOR MÉDIO DE 𝛽
FONTE: os próprios autores
4.2.2. Ajuste do coeficiente - Parcela do dominio da ponta
Através da equação geral de dimensionamento de carga de ruptura de uma
estaca: 𝑃𝑅 = 𝑄𝑝 + 𝑄𝑠, segmentando o domínio da ponta do domínio do atrito lateral,
pelo método da rigidez, temos que 𝐐𝐬 = qs. Para encontrar , a parcela do 𝑄𝑠, torna-
se uma constante, portanto:
𝑃𝑅 = (𝛼 . 𝐾. 𝑁𝑠𝑝𝑡𝑝. 𝐴𝑝) + 𝑞𝑠 𝛼 = 𝑃𝑅−𝑞𝑠
𝐾.𝑁𝑠𝑝𝑡𝑝.𝐴𝑝, onde:
𝑄𝑝 = Resistência de ponta.
𝑄𝑠 = Resistência do atrito.
𝛼 = Coeficiente do tipo de estaca.
𝐾= Coeficiente que relaciona a resistência de ponta com o valor de Np.
Asl NM Qs = PL
PCC-01 17,28 23,09 1038,61 0,69
PCC-02 16,34 24,27 1144,50 0,77
PCC-11 12,57 32,38 1027,92 0,69
Médio = 0,72
61
TABELA 4.
𝑁𝑠𝑝𝑡𝑝 = Média dos valores de Nspt da ponta.
𝐴𝑝 = Área da ponta ou base da estaca.
𝑞𝑠 = Resistencia do atrito.
A carga de ruptura PR foi fixada nas três provas de carga da Formação
Guabirotuba e obteve-se o valor médio de 𝑎 = 0,19, TABELA 19.
TABELA 19 – CÁLCULO DO VALOR MÉDIO DE 𝑎
FONTE: os próprios autores
4.3. REDIMENSIONAMENTO DA CAPACIDADE DE CARGA PELO MÉTODO DE
DÉCOURT-QUARESMA, COM COEFICIENTES E AJUSTADOS
O ajuste de coeficientes e mostra-se eficaz do ponto de vista de que todas
as cargas admissíveis de calculo ficaram abaixo do intervalo verificado no
carregamento real. E, com isso, o dimensionamento torna-se mais seguro.
No redimensionamento das capacidades de carga com o método Décourt-
Quaresma, utilizando os coeficientes e ajustados, foram obtidos os resultados
descritos na TABELA 20, apresentada a seguir.
Comparando esses resultados com as capacidades de carga aferidas na
execução das Provas de Carga Estática à Compressão, os pontos de atenção
descritos no item 4.1 foram sanados, ver a FIGURA 15 a seguir.
QR K NSPTp Ap PL
PCC-01 1090,00 0,06 120,00 36,67 0,20 1038,61
PCC-02 1257,00 0,19 120,00 39,00 0,13 1144,50
PCC-11 1340,00 0,32 120,00 42,00 0,20 1027,92
Médio = 0,19
62
TABELA 20 – RESULTADOS OBTIDOS NO REDIMENSIONAMENTO DO MÉTODO
DE DÉCOURT–QUARESMA COM COEFICIENTES AJUSTADO
FONTE: os próprios autores
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FIGURA 15 – DADOS DO REDIMENSIONAMENTO X RESULTADOS DA PROVA
DE CARGA ESTÁTICA
FONTE: os próprios autores
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5. CONCLUSÃO
Neste capítulo apresentamos as conclusões obtidas no desenvolvimento deste
estudo.
O objetivo do estudo foi atingido, pois, através da relação da carga admissível
na prova de carga estática à compressão, chegamos a novos coeficientes e do
método de Décourt-Quaresma para dimensionamento de estaca do tipo Hélice
Contínua na Formação Guabirotuba.
Verificamos que após os ajustes de e do método de Décourt-Quaresma
obtivemos para estacas do tipo Hélice Continua na Formação Guabirotuba uma carga
de ruptura média 31,68% menor (mínima 29,38% e máxima de 33,19), se comparado
com o método tradicional de Décourt–Quaresma.
Devido a essa redução pode-se observar que os resultados das cargas
admissíveis de cálculo ficaram abaixo das cargas admissíveis verificadas no
carregamento real. Consequentemente levando todos os resultados a um horizonte
seguro quanto ao dimensionamento de carga para estacas do tipo Hélice Contínua
em solos da Formação Guabirotuba.
Este trabalho confirma que os métodos semi-empíricos, não podem ser
generalizados para qualquer Formação Geológica, sem antes haver um
aprimoramento para cada ocorrência de solo, visto que o Brasil tem uma grande
heterogeneidade ocasionada pelas diversas Formações Geológicas.
Dadas as particularidades regionais de cada ocorrência geológica, indicamos,
mesmo que de forma consultiva, apresentar o projeto de fundação para validação de
um projetista local. Pois, este terá conhecimento técnico da região e poderá fazer
considerações particulares que os métodos semi-empíricos não preveem. Esse
procedimento vem de encontro com que Caputo (1987) evidenciou, quando descreveu
que um dos recursos para determinar a pressão admissível, consiste em lançar mão
de valores tabelados e fornecidos pelos códigos de fundação, quando os projetistas
baseiam-se em sua experiência.
Aproveitamos o espaço para destacar a diretriz da norma, de se executar
provas de carga previamente ao dimensionamento definitivo da fundação, o que
permite calibrar tanto tecnicamente quanto financeiramente a solução a ser adotada.
65
Por fim, sugerimos que novos estudos com relação a dimensionamento de
fundações profundas na Formação Guabirotuba, sejam dirigidos para os outros tipos
de estacas usualmente utilizados em fundações da região.
66
6. REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DAS EMPRESAS DE SERVIÇOS DE CONCRETAGEM. Disponível em: <http://www.abesc.org.br/tecnologias/tec-fundacoes/sistemas_fundacoes_fhcon.html>. Acesso em: 30 ago. 2015 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6118: Projeto de Estruturas de Concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2014. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e Execução de Fundações. Rio de Janeiro, 2010. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6484: Solo - Sondagens de simples reconhecimento com SPT - Método de Ensaio. Rio de Janeiro, 2001. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12131: Estacas - Prova de Carga Estática. Rio de Janeiro, 1992. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 67 – 5738: Concreto - Procedimento para Moldagem e Cura de Corpos-de-Prova. Rio de Janeiro, 2004. BIGARELLA, J. J; & SALAMUNI, R. Aspectos geográficos e geológicos da cidade de Curitiba e arredores. Contribuição nº 2 das cadeiras de Mineralogia-Petrografia e Geologia-Paleontologia. Curitiba, 1957. CABRAL, R; YUKIO, F. Estaca Hélice Contínua: Fundações. 36 f. Notas de Aula. Arquivo ppt. CAPUTO, H. P. Mecânica dos Solos e Suas Aplicações. 6ª Edição ed., Vol. 2. Rio de Janeiro: LCT - Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 1987. GEOFIX FUNDAÇÕES. Disponível em: <http://www.estacas.com.br/catalogo_helice_continua.pdf>. Acesso em: 13 set. 2015. KORMANN, A. C. (2002). Comportamento Geomecânico da Formação Guabirotuba: Estudos de Campo e Laboratório. Comportamento Geomecânico da Formação Guabirotuba: Estudos de Campo e Laboratório. São Paulo, São Paulo, Brasil. MAGGI FUNDAÇÕES. Disponível em: <http://www.maggifundacoes.com.br/helicecontinua.php> Acesso em: 30 ago. 2015. MARANGON, M. UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA. Disponível em: <http://www.ufjf.br/nugeo/files/2009/11/GF06-CapCargaProf-por-meio-SPT-2009.pdf>. Acesso em: 10 set. 2015.
67
MELO, B. N. Análise de Provas de Carga à compressão à Luz do Conceito de Rigidez. 2009. 219p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2009. NACIONAL FUNDAÇÕES. Disponível em: <http://www.nacionalfundacoes.com.br/servicos/helice-continua-monitorada/vantagens-e-desvantagens-de-estacas-helice-continua/> Acesso em: 06 dez. 2015 PENNA S. D. A. et alii. Estaca Hélice-contínua, a Experiência Atual. São Paulo: Édile Serviços Gráficos e Editora LTDA, 1999. PINI. Fundações: Teoria e Prática. São Paulo: Editora Pini Ltda, 2009. PINTO, C. D. Curso Básico de Mecânica dos Solos em 16 Aulas, 2ª Edição. São Paulo: Oficina de Textos, 2002. SALAMUNI, E. Tectônica da Bacia Sedimentar de Curitiba. 211 p. (U. E. Paulista, Ed.) Rio Claro, Brasil: Instituto de Geociências e Ciência Exatas, 1998. VELLOSO, D. D; LOPES, F. D. Fundações: critérios de projeto, investigação de subsolo, fundações superficiais, fundações profundas. São Paulo: Oficina de Textos, 2010.
84
Perfil da sondagem SPT-03 – Referente a PCC-01
FONTE: FUGRO IN SITU GEOTECNIA (2007)
Perfil da sondagem SPT-04 – Referente a PCC-01
FONTE: FUGRO IN SITU GEOTECNIA (2007)
86
Perfil da sondagem SPT-222_89 – Referente a PCC-03 e PCC-04
Fonte: FUGRO IN SITU GEOTECNIA (2008)
88
Perfil da sondagem SPT-2313_22311-56 – Referente a PCC-06 e PCC-07
Fonte: FUGRO IN SITU GEOTECNIA (2008)
89
Perfil da sondagem SPT-2212_83 – Referente a PCC-08
Fonte: FUGRO IN SITU GEOTECNIA (2009)
Perfil da sondagem SPT-2212-26 – Referente a PCC-09
Fonte: FUGRO IN SITU GEOTECNIA (2009)
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