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ROTINA COMPUTACIONAL PARA A PREVISÃO DA CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS COMPUTATIONAL ROUTINE TO PROVISION OF THE CAPACITY OF LOAD IN PILES. Tobias Ribeiro Ferreira 1 , Rodrigo Gustavo Delalibera 2 , Wellington Andrade da Silva 3 * Contato com os autores: 1 Professor Substituto, Universidade Federal de Goiás – Campus Catalão, Departamento de Engenharia Civil, Av. Dr. Lamartine Pinto de Avelar, 1120, Setor Universitário, Catalão GO, CEP 75704-020, (64) 8143-7247, [email protected] 2 Professor Adjunto III, Universidade Federal de Goiás – Campus Catalão, Departamento de Engenharia Civil, Av. Dr. Lamartine Pinto de Avelar, 1120, Setor Universitário, Catalão GO, CEP 75704-020, (64) 3441-5300, [email protected] 3 Professor Adjunto I, Universidade Federal de Goiás – Campus Catalão, Departamento de Engenharia Civil, Av. Dr. Lamartine Pinto de Avelar, 1120, Setor Universitário, Catalão GO, CEP 75704-020, (64) 3441-5300, [email protected] RESUMO: As fundações têm o objetivo de suportar e transmitir ao solo os esforços oriundos da superestrutura e para que isso ocorra, seu dimensionamento deve ser feito de modo que a capacidade de carga do solo não seja atingida. A determinação da capacidade de carga dos solos é um dos desafios da engenharia civil, visto que o solo apresenta camadas heterogêneas e singularidades em regiões distintas dentro de uma mesma área. Além disso, durante o processo de investigação do terreno, ou mesmo na fase executiva da fundação, o solo apresenta grandes perturbações e o estado de tensões inicial é alterado, modificando assim, sua capacidade portante. Mesmo com a investigação do solo feita por sondagens de penetração estática (CPT) ou sondagens de percussão simples (SPT), ainda há uma dificuldade para reproduzir analítica e numericamente o comportamento do elemento de fundação no solo. No Brasil, para a determinação da capacidade de cargas das estacas, podem ser utilizadas metodologias semiempíricas que consideram fatores de correção. As metodologias mais difundidas são os modelos propostos por: Aoki-Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978) e Teixeira (1996). Com base nestas metodologias, foi desenvolvida uma rotina computacional, com o objetivo de estimar a capacidade de carga de estacas por meio dos três métodos apresentados. Ainda, com o intuito de validar os resultados da rotina computacional, compararam-se resultados entre provas de carga estática de estacas e os resultados obtidos por meio da utilização da rotina computacional. Faz-se necessário, a aplicação de fatores de correção para os solos e tipos de estacas utilizados. Palavras Chave: capacidade de carga; fundações por estacas; planilhas eletrônicas. 1. INTRODUÇÃO As edificações em geral, são sujeitas às ações horizontais (vento e desaprumo), ações gravitacionais permanentes, ações gravitacionais acidentais, efeitos de temperatura, em alguns casos ações excepcionais como sismos e choques. Os esforços internos provocados por estas ações produzem reações nos apoios que são transmitidos ao solo por meio dos elementos de fundação, sejam elas superficiais ou profundos. Quando o solo não apresenta condições de resistência nas camadas superficiais (até uma profundidade de dois metros) faz-se necessário que as fundações alcancem camadas profundas e resistentes, e neste caso, podem ser utilizados tubulões ou estacas, as quais são definidas pela NBR 6118:2010 como elementos de fundação que transmitem as cargas ao terreno pela base (resistência de ponta), por sua superfície lateral (resistência de atrito do fuste) ou por uma combinação das duas. As estacas disponíveis no mercado são classificadas em duas macrocategorias: estacas de deslocamento que são introduzidas no terreno por meio de processo que não provoca a retirada do solo e estacas escavadas, que são aquelas executadas “in situ” por meio de perfuração manual ou mecânica do terreno, com remoção de material com ou sem a utilização de fluido estabilizante (lama bentonitica), utilizando ou não revestimento para proteção do fuste. No dimensionamento da fundação é necessário saber a capacidade resistente das estacas e qual o nível de solicitação que os solos resistem sem ruptura ou deformação excessiva. A determinação correta da capacidade de carga de uma fundação é a base para o desenvolvimento de um projeto que seja seguro e economicamente viável. Atualmente existem vários programas que fazem esses cálculos, contudo em sua maioria são programas que utilizam apenas um único método. O desenvolvimento dessa pesquisa foi justificado pela possibilidade que um engenheiro, estudante, ou pesquisador terá para avaliar a melhor metodologia

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  • ROTINA COMPUTACIONAL PARA A PREVISO DA CAPACIDADE DE CARGA EM ESTACAS

    COMPUTATIONAL ROUTINE TO PROVISION OF THE CAPACITY OF LOAD

    IN PILES. Tobias Ribeiro Ferreira 1, Rodrigo Gustavo Delalibera 2, Wellington Andrade da Silva 3

    * Contato com os autores: 1 Professor Substituto, Universidade Federal de Gois Campus Catalo, Departamento de Engenharia Civil, Av. Dr. Lamartine Pinto de Avelar, 1120, Setor Universitrio, Catalo GO, CEP 75704-020, (64) 8143-7247, [email protected] 2 Professor Adjunto III, Universidade Federal de Gois Campus Catalo, Departamento de Engenharia Civil, Av. Dr. Lamartine Pinto de Avelar, 1120, Setor Universitrio, Catalo GO, CEP 75704-020, (64) 3441-5300, [email protected] 3 Professor Adjunto I, Universidade Federal de Gois Campus Catalo, Departamento de Engenharia Civil, Av. Dr. Lamartine Pinto de Avelar, 1120, Setor Universitrio, Catalo GO, CEP 75704-020, (64) 3441-5300, [email protected]

    RESUMO: As fundaes tm o objetivo de suportar e transmitir ao solo os esforos oriundos da superestrutura e para que isso ocorra, seu dimensionamento deve ser feito de modo que a capacidade de carga do solo no seja atingida. A determinao da capacidade de carga dos solos um dos desafios da engenharia civil, visto que o solo apresenta camadas heterogneas e singularidades em regies distintas dentro de uma mesma rea. Alm disso, durante o processo de investigao do terreno, ou mesmo na fase executiva da fundao, o solo apresenta grandes perturbaes e o estado de tenses inicial alterado, modificando assim, sua capacidade portante. Mesmo com a investigao do solo feita por sondagens de penetrao esttica (CPT) ou sondagens de percusso simples (SPT), ainda h uma dificuldade para reproduzir analtica e numericamente o comportamento do elemento de fundao no solo. No Brasil, para a determinao da capacidade de cargas das estacas, podem ser utilizadas metodologias semiempricas que consideram fatores de correo. As metodologias mais difundidas so os modelos propostos por: Aoki-Velloso (1975), Dcourt-Quaresma (1978) e Teixeira (1996). Com base nestas metodologias, foi desenvolvida uma rotina computacional, com o objetivo de estimar a capacidade de carga de estacas por meio dos trs mtodos apresentados. Ainda, com o intuito de validar os resultados da rotina computacional, compararam-se resultados entre provas de carga esttica de estacas e os resultados obtidos por meio da utilizao da rotina computacional. Faz-se necessrio, a aplicao de fatores de correo para os solos e tipos de estacas utilizados.

    Palavras Chave: capacidade de carga; fundaes por estacas; planilhas eletrnicas.

    1. INTRODUO

    As edificaes em geral, so sujeitas s aes horizontais (vento e desaprumo), aes gravitacionais permanentes, aes gravitacionais acidentais, efeitos de temperatura, em alguns casos aes excepcionais como sismos e choques. Os esforos internos provocados por estas aes produzem reaes nos apoios que so transmitidos ao solo por meio dos elementos de fundao, sejam elas superficiais ou profundos. Quando o solo no apresenta condies de resistncia nas camadas superficiais (at uma profundidade de dois metros) faz-se necessrio que as fundaes alcancem camadas profundas e resistentes, e neste caso, podem ser utilizados tubules ou estacas, as quais so definidas pela NBR 6118:2010 como elementos de fundao que transmitem as cargas ao terreno pela base (resistncia de ponta), por sua superfcie lateral (resistncia de atrito do fuste) ou por uma combinao das duas.

    As estacas disponveis no mercado so classificadas em duas macrocategorias: estacas de deslocamento que so introduzidas no terreno por meio de processo que no provoca a retirada do solo e estacas escavadas, que so aquelas executadas in situ por meio de perfurao manual ou mecnica do terreno, com remoo de material com ou sem a utilizao de fluido estabilizante (lama bentonitica), utilizando ou no revestimento para proteo do fuste.

    No dimensionamento da fundao necessrio saber a capacidade resistente das estacas e qual o nvel de solicitao que os solos resistem sem ruptura ou deformao excessiva.

    A determinao correta da capacidade de carga de uma fundao a base para o desenvolvimento de um projeto que seja seguro e economicamente vivel. Atualmente existem vrios programas que fazem esses clculos, contudo em sua maioria so programas que utilizam apenas um nico mtodo. O desenvolvimento dessa pesquisa foi justificado pela possibilidade que um engenheiro, estudante, ou pesquisador ter para avaliar a melhor metodologia

  • de clculo, bem como o tipo de execuo e ainda as possibilidades para os mais variados tipos de fundaes em estacas, utilizando uma rotina computacional de fcil manuseio e gratuita.

    2. MTODOS DE CLCULO

    Na definio da capacidade de carga para estacas, a primeira etapa calcular sua resistncia estrutural. Essa resistncia calculada com base nas dimenses e no material da estaca. Para as estacas pr-moldadas, esse valor pode ser obtido por meio da aplicao das hipteses bsicas do concreto armado e protendido. Tais valores esto descritos nos manuais dos fabricantes ou em tabelas de capacidade de carga estrutural, como pode ser observado na Tabela 1.

    Tabela 1: Capacidade de carga estrutural de estacas pr-moldadas de concreto

    Tipo de estaca Dimenso (cm)

    Carga usual (kN)

    Carga mxima (kN)

    Observao

    Pr-moldada vibrada quadrada

    ( = 6 10 MPa)

    20 x 20 300 400

    Disponveis at 8 metros; Podem ser emendadas.

    25 x 25 450 600

    30 x 30 600 900

    35 x 35 900 1200

    Pr-moldada vibrada circular

    ( = 9 11 MPa)

    22 300 400 Disponveis at 10 metros;

    Podem ser emendadas; Podem ter furo central

    29 500 600

    33 700 800

    Pr-moldada protendida circular ( = 10 14 MPa)

    20 300 350 Disponveis at 12 metros;

    Podem ser emendadas; Podem ter furo central

    25 500 600

    33 800 900

    Pr-moldada centrifugada

    ( = 9 11 MPa)

    20 250 300

    Disponveis at 12 metros; Podem ser emendadas;

    Com furo central (ocas) e paredes de 6 12 cm.

    26 400 500

    33 600 750

    42 900 1150

    50 1300 1700

    60 1700 2300

    = tenso de trabalho (funo da resistncia ao escoamento das barras de ao e da resistncia caracterstica do concreto compresso) Fonte: Velloso e Lopes, 2002.

    Na Tabela 1 observa-se que a capacidade de carga estrutural aumenta medida que o dimetro aumenta e a

    tenso de trabalho poder variar para uma mesma estaca. Uma vez definida a capacidade estrutural das estacas preciso entender que o sistema estaca-solo

    submetido a uma carga vertical, resiste s solicitaes por meio da resistncia ao cisalhamento gerada ao longo de seu fuste e pelas tenses normais geradas ao nvel de sua ponta. A carga que leva a ruptura desse conjunto denominada de capacidade de carga. Carga essa que pode ser avaliada por meio de mtodos estticos, dinmicos ou provas de carga. Os mtodos estticos se dividem em mtodos racionais ou tericos (aqueles que utilizam solues tericas de capacidade de carga e parmetros do solo) e mtodos semiempricos (aqueles que se baseiam em ensaios in situ de penetrao, como por exemplo, o SPT e o CPT).

    H tambm os mtodos empricos, a partir dos quais se pode estimar de forma aproximada a capacidade de carga de estaca com base na descrio das camadas do solo ao longo do fuste e da experincia do profissional.

    A rotina computacional desenvolvida nesta pesquisa utiliza os mtodos semiempricos, dentre os quais foram utilizados as metodologias propostas por Aoki-Velloso (1975), Dcourt-Quaresma (1978) e Teixeira (1996).

  • Pode-se dizer que as metodologias foram desenvolvidas a partir da definio de ALONSO (1983), onde descrito uma estaca como sendo um elemento estrutural esbelto que, colocado no solo por cravao ou perfurao, tem a finalidade de transmitir aes ao mesmo. Diz ainda que estes elementos apresentam capacidade de dissipar os esforos solicitantes em funo da resistncia sob sua extremidade inferior, pela resistncia ao longo do fuste por meio do atrito lateral, ou ainda pela combinao das duas. A Figura 1 mostra esquematicamente como considerada cada parcela de resistncia.

    Figura 1: Mecanismo de Resistncia da Fundao por Estaca

    Fonte: Cintra - Aoki (2010). Com base na Figura 1 a capacidade de carga de uma estaca desenvolvida da seguinte forma:

    pL RRR += Equao (1)

    Onde: R: Capacidade de carga; RL: Parcela de resistncia lateral; Rp: Parcela de resistncia de ponta. A Equao 1 a origem para todos os mtodos utilizados neste trabalho, a diferena entre eles se dar pelas

    consideraes e coeficientes sugeridos por cada um dos autores.

    2.1 AOKI-VELLOSO (1975)

    Aoki-Velloso (1975) propem critrios para a determinao da resistncia de ponta (Rp) e da resistncia lateral (Rl) que compem a capacidade de carga da estaca (R). As equaes 2 e 3 apresentam as parcelas da resistncia de ponta e da resistncia lateral.

    ppp ArR = Equao (2)

    ( ) = LiL rUR Equao (3)

    Em que: rp a capacidade de carga do solo na cota de apoio do elemento estrutural de fundao; Ap a rea da seo transversal da ponta; ri, at enso media de adeso ou de atrito lateral na camada de espessura L; U o permetro da seo transversal do fuste. As parcelas rp e ri so parmetros geotcnicos que foram inicialmente obtidos, por relaes dos ensaios de

    penetrao esttica (CPT), onde o valor de resistncia de ponta do cone (qc) relacionado com a resistncia de ponta da estaca, e o atrito lateral unitrio na luva (fs) relacionado com a resistncia produzida ao longo do fuste, como apresentado nas equaes 4 e 5.

  • 1F

    qr cp = Equao (4)

    SPTL NKr = Equao (5)

    No meio tcnico brasileiro, entretanto, como a ocorrncia de ensaios tipo CPT rara e costumeiramente utiliza-se o ensaio SPT (Standard Penetration test), foram criados parmetros de correlaes para a resistncia de ponta e atrito. Essas correlaes podem ser realizadas por meio da equao 6.

    SPTc NKq = Equao (6)

    Sendo que o coeficiente K um valor dependente do tipo de solo. Esse recurso permite que o atrito lateral seja expresso em funo do NSPT, utilizando simplesmente a razo de atrito () da equao 7.

    c

    s

    q

    f= Equao (7)

    Com isso o valor da resistncia de atrito lateral passa a ser expresso pela equao 8.

    SPTcs NKqf == Equao (8)

    Sendo o coeficiente funo do tipo de solo. Com essas correlaes entre os ensaios, as equaes 4 e 5 foram reescritas obtendo-se as equaes 9 e 10.

    1F

    NKr

    p

    p

    = Equao (9)

    2F

    NKr LL

    =

    Equao (10)

    Em que Np e NL so respectivamente, o ndice de resistncia penetrao na cota de apoio da ponta da

    estaca e o ndice mdio de resistncia penetrao na camada de solo de espessura L (Figura 1). Assim, no mtodo de Aoki-Velloso, a capacidade de carga (R) de um elemento isolado de fundao

    estimada pela frmula semiemprica mostrada na equao 11.

    ( ) +

    =n

    LLp

    pNK

    F

    UA

    F

    NKR

    121

    Equao (11)

    Os valores de K e de so expressos na tabela 2, enquanto os valores de F1 e F2 esto dispostos na tabela 3.

    Tabela 2: Coeficiente K e razo de atrito

    Solo K (MPa) (%)

    Areia 1,00 1,4

    Areia siltosa 0,80 2,0

    Areia siltoargilosa 0,70 2,4

    Areia argilosa 0,60 3,0

    Areia argilossiltosa 0,50 2,8

    Silte 0,40 3,0

    Silte arenoso 0,55 2,2

  • Silte arenoargiloso 0,45 2,8

    Silte argiloso 0,23 3,4

    Silte argiloarenoso 0,25 3,0

    Argila 0,20 6,0

    Argila arenosa 0,35 2,4

    Argila arenossiltosa 0,30 2,8

    Argila siltosa 0,22 4,0

    Argila siltoarenosa 0,33 3,0

    Fonte: AOKI N., CINTRA J. C. (2010)

    Tabela 3: Fatores de correo F, e F2.

    Tipo de estaca F1 F2

    Franki 2,50 5,00

    Metlica 1,75 3,50 Pr-moldada 1+D/0,80 2F1

    Escavada 3,00 6,00 Raiz, Hlice Contnua, mega 2,00 4,00

    Fonte: AOKI N., CINTRA J. C. (2010)

    2.2 DCOURT-QUARESMA (1978)

    O mtodo proposto por Dcourt e Quaresma faz a considerao das parcelas de resistncia (RL e Rp), necessrias para a determinao da capacidade de carga em um elemento isolado de fundao, representando-as como mostrado nas equaes 12 e 13.

    LUrR LL = Equao (12)

    ppp ArR = Equao (13) O procedimento desenvolvido por esses pesquisadores, faz uma estimativa da tenso de adeso ou de atrito

    lateral (rL) calculando o valor mdio do ndice de resistncia penetrao do ensaio de SPT ao longo do fuste (NL) sem fazer qualquer distino quanto as camadas de solo que compem a regio a ser inserida a estaca. Alm disso, esse mtodo limita os valores inferior e superior do NSPT, de trs e quinze respectivamente, alm de no considerar os valores que sero utilizados no clculo da parcela resistida pela ponta.

    Quando esses clculos foram propostos em 1978, definiram-se tambm os valores de entrada para rL e rp, contudo em 1982, os valores tabelados existentes foram modificados por Dcourt, passando a serem calculados pelas equaes 14 e 15:

    += 13

    10L

    L

    Nr Equao (14)

    pp NCr = Equao (15)

    Em que: Np o valor mdio do ndice de resistncia penetrao na ponta ou base da estaca, obtidos a partir do valor

    correspondente ao nvel da ponta e os valores imediatamente anterior e posterior. C coeficiente caracterstico do solo, dispostos na tabela 4.

  • Tabela 4: Coeficiente caracterstico do solo

    Tipo de solo C (kPa)

    Argila 120

    Silte argiloso* 200

    Silte arenoso* 250

    Areia 400

    * Solos residuais Fonte: AOKI N., CINTRA J. C. (2010)

    Outra alterao desse mtodo ocorre em 1996 quando Dcourt introduz fatores e , respectivamente nas parcelas de resistncia de ponta e resistncia lateral, resultando na equao 16.

    LUN

    ANCR Lpp

    ++= 13

    10 Equao (16)

    Os valores propostos para e so em funo da composio do solo e do tipo de estaca a ser executada na

    fundao. As tabelas 5 e 6 apresentam os valores definidos para esses novos parmetros.

    Tabela 5: Valores do fator em funo do tipo de estaca e do tipo de solo, resistncia de ponta.

    Tipo de solo Escavada em geral Escavada (betonita) Hlice Continua Raiz Injetada

    Argilas 0,85 0,85 0,3* 0,85* 1*

    Solos intermedirios 0,6 0,6 0,3* 0,6* 1*

    Areias 0,5 0,5 0,3* 0,5* 1*

    Os valores apresentados com * so apenas orientativos diante do reduzido nmero de dados disponveis Fonte: AOKI N., CINTRA J. C. (2010)

    .

    Tabela 6: Valores do fator em funo do tipo de estaca e do tipo de solo, resistncia lateral.

    Tipo de solo Escavada em geral Escavada (betonita) Hlice Continua Raiz Injetada

    Argilas 0,8* 0,9* 1* 1,5* 3*

    Solos intermedirios 0,65* 0,75* 1* 1,5* 3*

    Areias 0,5* 0,6* 1* 1,5* 3*

    Os valores apresentados com * so apenas orientativos diante do reduzido nmero de dados disponveis Fonte: AOKI N., CINTRA J. C. (2010)

    Para as estacas pr-moldadas, metlicas e tipo Franki, e permanecem 1, como o da proposio inicial. Observa-se por meio das tabelas 5 e 6 que h valores de coeficiente apenas orientativos, em funo do

    pequeno nmero de ensaios. Em funo disto, utilizou-se resultados de prova de carga esttica de estacas, com o intuito de comparar resultados obtidos pelos modelos analticos e confront-los com os valores experimentais.

    2.3 TEIXEIRA (1996)

    Em 1996, Teixeira, na tentativa de uma unificao entre os mtodos de Aoki-Velloso (1975) e Dcourt-Quaresma (1978) prope que o clculo da capacidade de carga seja feito utilizando outros parmetros para e , assim por meio da equao 1 desenvolve-se a equao 17.

    LUNANRRR LppLp +=+= Equao (17) Em que: Np o valor mdio do ndice de resistncia penetrao medido no intervalo de quatro dimetros acima da

    ponta e um dimetro abaixo. NL o valor mdio do ndice de resistncia penetrao ao longo do fuste da estaca.

  • Os valores proposto por Teixeira para o parmetro so decorrentes do solo e do tipo de estaca, e so apresentados na tabela 7.

    Tabela 7: Valores do parmetro .

    Solo (4 < SPT < 40) Metlica Escavada Franki Raiz

    Areia 400 270 340 260

    Areia siltosa 360 240 300 220

    Areia argilosa 300 200 240 190

    Silte* 160 110 120 110

    Silte arenoso 260 160 210 160

    Silte argiloso 160 110 120 110

    Argila* 110 100 100 100

    Argila arenosa 210 130 160 140

    Argila siltosa 110 100 100 100

    * Valores adaptados linearmente pelos autores deste artigo para preencher os dados no existentes na tabela original. Fonte: AOKI N., CINTRA J. C. (2010)

    Os valores sugeridos para o parmetro so decorrentes apenas do tipo de estaca, independem da

    composio das camadas do solo, os mesmos so mostrados na Tabela 8.

    Tabela 8: Parmetro (kPa) (Resistncia Lateral)

    Tipo de estaca (kPa)

    Metlica 4

    Escavada 4

    Franki 5

    Raiz 6

    Fonte: AOKI N., CINTRA J. C. (2010)

    2.4 COMPARAO ENTRE OS MTODOS

    Para uma melhor visualizao das diferenas dos mtodos, apresenta-se na tabela 9.

    Tabela 9: Comparao entre os valores utilizados de SPT considerados por cada mtodo

    Aoki-Velloso (1975)

    Np = ndice NSPT na cota de apoio da ponta da estaca;

    NL = ndice NSPT mdio na camada de solo de espessura L.

    Dcourt-Quaresma (1978)

    Np = Valor mdio do NSPT na base da estaca, obtido a partir de 3 valores: o da ponta, imediatamente anterior e posterior;

    NL = ndice NSPT mdio ao longo do fuste da estaca.

    Teixeira (1996)

    Np = Valor mdio do NSPT medido no intervalo de 4 dimetros acima da ponta da estaca e 1 dimetro abaixo;

    NL = ndice NSPT mdio ao longo do fuste da estaca.

    Quadro desenvolvido a partir do estudo de cada metodologia.

  • 3. APRESENTAO DA ROTINA COMPUTACIONAL A rotina computacional foi desenvolvida com base em planilhas eletrnicas utilizando macros e linguagem de

    programao VBA. Nesta rotina computacional, o usurio tm condies de insero de dados geotcnicos, tipos de estacas e caractersticos do solo.

    Inicialmente o usurio dever informar rotina computacional os parmetros do ensaio de percusso simples e escolher o tipo de estaca, informando tambm o dimetro e a cota de arrasamento da ponta da mesma. Na figura 2, apresenta-se a primeira etapa da rotina computacional.

    Figura 2: Sondagem e informao do tipo de estaca.

    Fonte: Prprios autores. Nas prximas etapas, o usurio dever escolher um mtodo de clculo e a rotina apresentar os valores da

    capacidade de carga das estacas de forma automtica. Nas figuras 3, 4 e 5, apresentam-se os resultados dos modelos desenvolvidos por Aoki-Velloso (1975), Dcourt-Quaresma (1978) e Teixeira (1986), respectivamente.

    Figura 3: Capacidade de carga, Mtodo Aoki-Velloso (1975)

    Fonte: Prprios autores.

    Figura 4: Capacidade de carga, Mtodo Decurt-Quaresma (1979)

    Fonte: Prprios autores.

  • Figura 5: Capacidade de carga, Mtodo Teixeira (1996)

    Fonte: Prprios autores.

    Por fim, apresenta-se um resumo dos trs mtodos de clculo para a determinao da capacidade de carga de estacas. Na figura 6, apresenta-se um grfico que representa a capacidade de carga das estacas ao longo da profundidade do fuste.

    No stio eletrnico do curso de Engenharia Civil (www.engicivilufgcac.com.br) do Campus Catalo, possvel descarregar a rotina computacional para o clculo da capacidade de carga em estacas.

    Figura 6: Resumo das capacidades de carga de estacas.

    Fonte: Prprios autores.

    4. VALORES DE AFERIO

    O desenvolvimento da rotina computacional para o clculo da capacidade de carga de estacas foi baseada em mtodos aplicveis para solos com caractersticas especficas. Faz-se necessrio que os coeficientes sejam ajustados para os solos das diferentes regies do pas. Com o objetivo de avaliar os resultados da rotina computacional e propor pesquisas para a obteno de parmetros de correo para os solos da regio Centro-Oeste, utilizaram-se valores de trs provas de cargas, duas executadas em Braslia-DF e uma de Goinia-GO. Os resultados das provas de carga foram obtidos em Magalhes (2005).

    O primeiro ensaio de prova de carga designado por PC-01BR, o qual apresenta uma curva carga-recalque definida. Trata-se de uma prova de carga em estaca curta (L/D = 25) de 35 cm de dimetro, tipo Hlice contnua monitorada. A prova de carga foi interrompida com carga ltima evidenciada, provocando recalque superior a 30 mm, ou seja, superior deformao limite prevista pela NBR 6122:2010 e deformao relativa maior que 8,5% do dimetro da estaca na carga mxima atingida pelo teste. A estaca tem comprimento 8,60 m, carga ltima de ensaio igual a 1400 KN. Na figura 7 mostrado o boletim de sondagem a percusso simples do solo onde foi realizada a prova de carga da estaca PC-01BR.

    O segundo ensaio de prova de carga utilizado foi para a estaca PC-01BR, a qual apresenta uma curva carga-recalque definida. Trata-se de uma prova de carga em estaca intermediria (L/D = 46) de 40 cm de dimetro. O ensaio foi interrompido com carga mxima evidenciada e com valor de recalque superior a deformao limite prevista pela NBR-6122:2010 e deformao relativa prxima de 6% do dimetro da estaca em relao a carga mxima atingida pelo ensaio. A referida estaca tem comprimento igual a 18,50 m e apresentou carga mxima de ensaio igual a 1100 kN. Na figura 8 apresenta-se o boletim de sondagem a percusso simples do solo onde foi realizada a prova de carga da estaca PC-02BR.

    A terceira prova de carga utilizada foi para a estaca PC-02GO, que tambm apresenta uma curva carga-recalque definida. Trata-se de uma prova de carga em estaca intermediria (L/D = 37) de 40 cm de dimetro, comprimento igual a 15 m e foi interrompida com recalque prximo de 10 mm, resultando numa deformao relativa prxima de 3% do dimetro da estaca em relao carga mxima do ensaio, cujo valor foi igual a 1200 kN. Por meio da figura 9 mostra-se o boletim de sondagem a percusso simples do solo onde foi realizada a prova de carga da estaca PC-02GO.

  • Figura 7: Sondagem tipo SPT PC-01BR.

    Fonte: Magalhes (2005).

    Figura 8: Sondagem tipo SPT PC-02BR.

    Fonte: Magalhes (2005).

    Figura 9: Sondagem tipo SPT PC-02GO.

    Fonte: Magalhes (2005).

  • 5. RESULTADOS

    Na Tabela 10, apresentam-se os resultados obtidos por meio dos mtodos Aoki-Velloso (1975), Dcourt-Quaresma (1978) e Teixeira (1996). importante ressaltar que os valores obtidos pelos mtodos semiempricos, no foram afetadas pelos coeficientes de seguranas externos.

    Tabela 10: Comparao entre as provas de cargas e os mtodos da rotina computacional

    Estaca

    Prova de Carga

    Aoki-Velloso Dcourt-Quaresma Teixeira

    Pexp Prup Padm Pexp/Prup Prup Padm Pexp/Prup Prup Padm Pexp/Prup

    PC01BR 1400 1600 800 0,88 630 315 2,22 982 491 1,43

    PC02BR 1100 1236 618 0,81 860 430 1,27 1026 513 1,07

    PC02GO 1200 1933 966 0,62 1181 590 1,02 1536 768 0,78

    Pexp representa o valor da carga de ruptura experimental, obtida por meio dos ensaios de prova de carga. Prup a capacidade de carga de ruptura da estaca, obtida por meio dos mtodos semi-empricos. Padm a capacidade de carga admissvel da estaca, obtida por meio dos mtodos semi-empricos.

    Observa-se por meio da Tabela 10, que os coeficientes de correo utilizados pelos mtodos semiempricos,

    necessitam de ajustes para solos de cada regio do pas. Verifica-se que o mtodo de Aoki-Velloso (1975), apresentou valores contra a segurana, quando comparados com os valores experimentais. Os resultados dos modelos de Dcourt-Quaresma (1978) e Teixeira (1996) apresentaram resultados conservadores.

    Para o mtodo de Aoki-Velloso (1975), para as provas de carga PC01BR e PC02BR, indicam-se que os

    coeficientes para argila, argila siltosa e silte tenham os respectivos valores: 0,56, 0,035 e 0,026. Para os valores do coeficiente K, sugerem-se 178 kPa para argilas, 193 kPa para argila siltosa e 350 para siltes. Para a prova de carga

    PC02GO, os valores de para silte arenoso tenha o valor de 0,0136 e K = 341 kPa. Para o modelo de Dcourt-Quaresma, nos provas de carga PC01BR e PC02BR sugerem-se que os coeficientes

    C tenham os valores de 268 kPa e 558 kPa para argila siltosa e silte respectivamente. Para a prova de carga PC02GO o valor do coeficiente C no necessita de ajuste.

    Para o mtodo de Teixeira (1996), para as provas de carga PC01BR e PC02BR, indicam-se que os coeficientes

    para argila, argila siltosa e silte tenham os respectivos valores: 143 kPa, 157 kPa e 254 kPa. Para os valores do coeficiente , sugerem-se 5,72 kPa para argilas e argila siltosa e 4,16 para siltes. Para a prova de carga PC02GO, os valores de para silte arenoso tenha o valor de 125 kPa e = 3,12 kPa.

    7. CONSIDERAES FINAIS Os resultados apresentados pela rotina computacional mostraram-se eficientes para uma anlise

    comparativa entre as trs metodologias, ficando evidente que em decorrncia das consideraes feitas por cada mtodo, o resultado final apresenta variao. Tais variaes devem ser analisadas com rigor pelo engenheiro no ato de especificar o tipo de fundao a ser utilizado.

    Destaca-se que a formulao desenvolvida neste artigo, apenas uma das diversas solues possveis para a previso de carga de uma fundao em estaca, alm disso, s variaes de cada tipo de solo e recursos para a execuo das fundaes, aumentam consideravelmente as possibilidades de pesquisa nesta rea.

    Constata-se que necessria, uma ampla pesquisa com a execuo de provas de carga em todas as regies do pas, com intudo de aferir os coeficientes de correo utilizados nos mtodos de clculo analisados neste artigo.

    A rotina computacional desenvolvida neste trabalho est disponvel no stio eletrnico do curso de Engenharia Civil do campus Catalo da Universidade Federal de Gois e tem como objetivo auxilar profissionais habilitados no desenvolvimento de projeto de fundaes.

    8. AGRADECIMENTOS

    Ao Conselho de desenvolvimento cientfico e tecnolgico CNPq, pela bolsa de iniciao cientfica disponibilizada ao primeiro autor.

  • REFERNCIAS

    ALONSO, U. R. (1983). Exerccios de fundao. Editora Edgard Blucher LTDA. So Paulo. Pgs. 71-130. ALONSO, Urbano Rodriguez. Previso e Controle das Fundaes. Vol 3. So Paulo. Editora: Edgard Blucher, 1998. ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 6118:2003 Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 6122:1994 Projeto e Execuo de Fundaes. Rio de Janeiro. CINTRA, J.C.A.; AOKI, N. (2010). Fundaes por Estacas: projeto geotcnico. Editora Oficina de Textos, So Paulo, 2010, 96p. MAGALHAES, P.H.L. Avaliao dos mtodos de capacidade de carga e recalque de estacas hlice contnua via provas de carga. Dissertao, Universidade de Braslia, Braslia, 2005.