comportamento de estacas em solos colapsiveis

7/26/2019 Comportamento de Estacas Em Solos Colapsiveis

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UNIVERSIDADE DE SO PAULO

ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS

DEPARTAMENTO DE GEOTECNIA

COMPORTAMENTO DE ESTACASESCAVADAS EM SOLOS COLAPSVEIS

DISSERTAO DE MESTRADO APRESENTADA ESCOLADE ENGENHARIA DE SO CARLOS UNIVERSIDADE DESO PAULO, COMO REQUISITO PARA OBTENO DO

TTULO DE MESTRE EM GEOTECNIA.

AUTOR: CORNLIO ZAMPIER TEIXEIRA

ORIENTADOR: PROFESSOR DR. JOS HENRIQUE ALBIERO

SO CARLOS (SP), AGOSTO DE 1993


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AGRADECIMENTOS

Ao Professor Dr. Jos Henrique Albiero: pelo tema, o que j no pouco; pelaorientao serena e pelas demonstraes de amizade e confiana.

Aos Professores Francis Bogossian, Paulo Csar Corra Lopes e Fernando EmmanuelBarata, a quem devo os primeiros estmulos para iniciao Geotecnia.

A todos os que vieram antes: desde os grandes, que edificaram a Cincia, at ossimples operrios, como ns, cuja misso de abrir caminhos no lhes minimiza aimportncia.

Aos Professores do Departamento de Geotecnia da USP So Carlos, sem distino.

Sempre que solicitados, jamais tiveram avareza em emprestar conhecimentos,materiais e pacincia.

Aos meus colegas do Departamento de Engenharia Agrcola da ESAL EscolaSuperior de Agricultura de Lavras, que permitiram meu afastamento.

Bibliotecria, pela pacincia; s Secretrias, pela constante boa vontade; aos demaisfuncionrios e laboratoristas, principalmente pela convivncia amena e harmoniosa,que em muitos momentos serviu de restaurao do cansao.


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RESUMO

TEIXEIRA, C. Z. Comportamento de estacas escavadas em solos colapsveis. SoCarlos, Faculdade de Engenharia, Universidade de So Paulo, 1993. Dissertao de

Mestrado.

Este trabalho se prope a analisar os efeitos produzidos pela inundao dosolo em estacas escavadas, isoladas, submetidas a esforos de compresso. Osresultados obtidos referem-se execuo de trs provas de carga lentas em estacascom dimetros de 0,40 m e 0,50 m (2 provas de carga distintas) e comprimentos de10,0 m, submetidas anteriormente a uma srie de carregamentos (duas provas de cargarpidas e duas lentas). Os resultados relativos aos deslocamentos medidos no topo dasestacas e os obtidos pela instrumentao instalada ao longo do fuste so ento

comparados com a sequncia dos resultados anteriores, para avaliao do efeito deumedecimento no comportamento carga x recalque e nos mecanismos detransferncia de carga. feita ainda uma descrio minuciosa do processo utilizadopara inundao do solo e uma breve considerao sobre os efeitos da no reposio decargas em ensaios lentos, de longa durao.

Palavras-chave: solos colapsveis, provas de carga compresso, estacas escavadasinstrumentadas, transferncia de carga, comportamento carga-recalque.


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ABSTRACT

TEIXEIRA, C. Z. Behavior of excavated piles in collapsible soils. So Carlos,Faculdade de Engenharia, Universidade de So Paulo, 1993. Master thesis.

This work intends to analyze the effects produced by the flooding of the soil-excavated piles, isolated, subjected to compression efforts. The results refer to theexecution of three slow load tests on piles with diameters of 0.40 m and 0.50 m (2distinct load tests) and 10.0 m lengths, submitted previously to a number of shipments(two slow and two quick load). The results concerning offsets measured at the top ofthe stakes and those obtained by the instrumentation installed along the forend arethen compared with the sequence of the previous results, to evaluate the effect ofdamping in behavior "load x settlement" and load transfer mechanisms. It was alsomade a thorough description of the process used to flood the ground and a brief

consideration of the effects of non-replacement of loads in slow, long-term trials.

Keywords: collapsible soils, compressive load tests, excavated piles instrumented,load transfer, load-discharge behavior.


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RESUMO

LISTA DE FIGURAS ........................................................................................ i

LISTA DE TABELAS ....................................................................................... viiLISTA DE FOTOS ............................................................................................ ix

LISTA DE SMBOLOS ..................................................................................... x

CAPTULO 1 INTRODUO ....................................................................... 1

CAPTULO 2 REVISO BIBLIOGRFICA ................................................ 5

2.1 Colapsibilidade: mecanismos de formao ............................................... 5

2.2 Modos de inundao dos solos colapsveis ............................................... 9

2.3 Influncia do aumento do teor de umidade do solo de fundao .............. 11

2.4 Capacidade de carga de estacas escavadas ................................................ 12

2.4.1 Reviso do problema ......................................................................... 12

2.4.2 A prtica brasileira ............................................................................ 142.4.3 - Capacidade de carga de estacas escavadas em solos colapsveis

inundados ...........................................................................................................14

2.5 Anlise do comportamento de estacas ...................................................... 16

2.5.1 - Recalques: uma reviso sobre os mtodos clssicos .......................... 16

2.5.2 Estimativa de recalques em estacas isoladas ..................................... 18

2.6 Transferncia de carga .............................................................................. 18

2.6.1 - Funo transferncia de carga ......................................................... 182.6.2 Parmetros bsicos da transferncia de carga .................................... 24

2.7 Provas de carga ......................................................................................... 26

2.7.1 Finalidades, procedimentos e mtodos .............................................. 26

2.7.2 Definio da carga de ruptura ............................................................ 28

2.8 Mtodos de separao das parcelas de resistncia lateral e de ponta ........ 29

2.9 Mtodos de previso da curva carga x recalque ........................................ 30

2.10 Estacas sujeitas a carregamentos mltiplos. Tenses residuais .............. 31CAPTULO 3 CARACTERSTICAS DO CAMPO EXPERIMENTAL DAUSP SO CARLOS ........................................................................................ 383.1 Breve histrico .......................................................................................... 38

3.2 A geologia local ........................................................................................ 40

3.3 Localizao do campo experimental ......................................................... 40

3.4 Caracterizao geotcnica do material estudado ....................................... 41


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3.4.1 Ensaios de simples caracterizao ..................................................... 43

3.4.2 Permeabilidade ................................................................................... 45

3.4.3 Resistncia e compressibilidade ........................................................ 46

3.4.4 Sondagens de reconhecimento ........................................................... 46

3.4.5 Correlaes entre os diversos parmetros do solo ............................. 47CAPTULO 4 PROVAS DE CARGA: OBJETIVOS, MATERIAIS EMTODOS ........................................................................................................

48

4.1 Estacas ensaiadas e instrumentao .......................................................... 48

4.1.1 Objetivos ............................................................................................ 48

4.1.2 Descrio das estacas de prova .......................................................... 49

4.1.3 Instrumentao das estacas ................................................................ 50

4.1.4 Histrico do carregamento das estacas .............................................. 51

4.2 Mdulo de elasticidade longitudinal do material das estacas ................... 53

4.3 Montagem das provas de carga. Equipamentos e mtodos ....................... 554.4 Procedimento adotado para inundao do solo ......................................... 58

4.5 Algumas observaes registradas durante as provas de carga .................. 70

4.5.1 Influncia do processo de amostragem no teor de umidade .............. 704.5.2 Efeitos da no reposio de cargas durante a realizao das provas

de carga ..............................................................................................................71

4.5.3 Influncia da inundao na reverso dos recalques lidos .................. 71

CAPTULO 5 APRESENTAO DOS RESULTADOS ............................. 74

5.1 Generalidades ............................................................................................ 74

5.2 Comportamento carga x deslocamentos das provas de carga ................ 76

5.3 Transferncia de carga .............................................................................. 78

5.3.1 Tenses laterais x deslocamentos ...................................................... 87

5.3.2 Resistncia de ponta x deslocamentos ............................................... 91

CAPTULO 6 ANLISE DOS RESULTADOS ............................................ 94

6.1 Carga ltima .............................................................................................. 94

6.2 Anlise da evoluo da carga de ponta das estacas ................................... 96

6.3 Anlise das variaes Qp/Q0e Qs/Qpcom o carregamento ....................... 98

6.4 Anlise da variao da resistncia lateral com a profundidade ................. 1036.5 Anlise da variao das resistncias lateral e de ponta com osdeslocamentos da estaca .....................................................................................

104

6.6 Anlise do fator de mobilizao (ms) ........................................................ 108

6.7 Anlise dos recalques ................................................................................ 112

6.8 Anlise das cargas residuais ...................................................................... 114


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6.9 Separao das cargas lateral e de ponta .................................................... 115

6.10 Equivalncia de chuva ao processo de inundao adotado ..................... 118

CAPTULO 7 CONCLUSES ....................................................................... 119

CAPTULO 8 SUGESTES PARA CONTINUAO DAS PESQUISAS 126

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................... 128ANEXO - CRONOGRAMA DE ATIVIDADES DE CAMPO ........................ 141


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LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Algumas regies do estado de So Paulo com potencialidade de ocorrerperfis similares rea de So Carlos .............................................................................3

Figura 2.1 Variao do teor de umidade e do grau de saturao com a profundidade(NADELO &VIDELA,1975b) ....................................................................................10

Figura 2.2 Curvas para estimativa de recalques em estacas escavadas segundoPOULOS (1989) ..........................................................................................................19

Figura 2.3 Variao do atrito lateral com a profundidade para diversos nveis decarregamento (FONTOURA, 1982) ............................................................................21

Figura 2.4 Curvas tpicas de distribuio de fs (VESIC, 1970b, apud SANTOS JR.(1988) ...........................................................................................................................22

Figura 2.5 Relao tenso lateral x deslocamentos segundo FONTOURA (1982)......................................................................................................................................23

Figura 2.6 Relao tenso lateral x deslocamentos segundo CLYLE & SULAIMAN(1967) ...........................................................................................................................23

Figura 2.7 Relao tenso lateral x deslocamentos segundo REESE et al. (1976) ..23

Figura 2.8 Carga admissvel de estacas segundo a NBR 6121 (ALONSO, 1991) ......30

Figura 2.9 Curvas de transferncia de carga do primeiro e segundo carregamento(MASSAD, 1991a) ......................................................................................................34

Curva 2.10 Mobilizao da resistncia lateral unitria em funo dos deslocamentos eleis de CAMBEFORT (MASSAD, 1991a) .................................................................35

Figura 3.1 Plano de implantao do campo experimental da USP So Carlos .......42

Figura 4.1 Seo tpica (longitudinal) de uma estaca, com a localizao dos pontosinstrumentados .............................................................................................................52

Figura 4.2 Afundamentos das estacas aps as 4 primeiras provas de carga ................53

Figura 4.3 Cavas experimentais para estudos preliminares do processo de inundaodas provas de carga ......................................................................................................60

Figura 4.4 Detalhes da cava experimental C2 ..............................................................61

Figura 4.5 Resultados das observaes sobre a inundao da estaca E2.....................63

Figura 4.6 vazo diria ingressante nas cavas das estacas de prova ...........................64


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Figura 4.7 Curvas de enchimento da cava C2 ..............................................................65

Figura 4.8 Curvas de esvaziamento da cava experimental C2 .....................................66

Figura 4.9 Variao da altura da lmina dgua da cava experimental C2 durante oesvaziamento ................................................................................................................66

Figura 4.10 Comparao entre umidades naturais obtidas por meio de amostrasindeformadas e tradagem manual e efeito da migrao da gua para paredes do furo.70

Figura 4.11 Curvas recalque x log t correspondentes aos estgios do colapso inicialdas estacas E2e E3 .......................................................................................................72

Figura 4.12 Fenmeno da diminuio de recalques com o tempo e do aumento decargas durante a inundao ..........................................................................................73

Figura 4.13 Variao diria das temperaturas do ar e da gua utilizada nas provas decarga .............................................................................................................................73

Figura 5.1 Curva carga x recalque observada (prova de carga D40(5) .......................80

Figura 5.2 Curva carga x recalque observada (prova de carga D50(5) .........................81

Figura 5.3 Curva carga x recalque observada (prova de carga D50(6) .......................82

Figura 5.4 Comparao entre as curvas carga x recalque das provas de carga D40(5)eD(50)5 .............................................................................................................................82

Figura 5.5 Prova de carga D50(6)mostrando a diferena entre os recalques imediatos eos estabilizados na descarga ........................................................................................83

Figura 5.6 Comparao entre leituras manomtricas e de clulas de carga ................83Figura 5.7 Variaes carga x deformaes (D50(6)) ..................................................85

Figura 5.8 Relao carga x deformaes (D4o(5)) .....................................................85

Figura 5.9 Relao carga x deformaes (D50(5)) .....................................................86

Figura 5.10 Curvas de transferncia de carga (D40(5)) ..................................................88



Figura 5.13 Variao de fscom a profundidade (D40(5)) ..............................................92Figura 5.14 Variao de fscom a profundidade (D50(5)) ..............................................93

Figura 5.15 Variao de fscom a profundidade (D50(6)) ............................................. 93

Figura 6.1 Variao de Qpcom Q0(D40) .................................................................... 99

Figura 6.2 Variao de Qpcom Q0(D50) .................................................................... 99


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Figura 6.3 Variao de Qp/Q0com Q0 .......................................................................101

Figura 6.4 Variao de Qs/Qpcom Q0 .......................................................................102

Figura 6.5 Variao das tenses laterais com os deslocamentos, para cada nvelinstrumentado (D40(5)) ................................................................................................105

Figura 6.6 Variao das tenses laterais com os deslocamentos, para cada nvelinstrumentado (D50(5)) ................................................................................................105

Figura 6.7 Variao das tenses laterais com os deslocamentos para cada nvelinstrumentado (D50(6)) ................................................................................................105

Figura 6.8 Variao da resistncia unitria de ponta com os deslocamentos para as 3provas de carga ..........................................................................................................107

Figura 6.9 Variao de mscom a profundidade (D40(5)) ............................................110

Figura 6.10 Variao de mscom a profundidade (D50(5)) ..........................................110

Figura 6.11 Variao de mscom a profundidade (D50(6)) ..........................................111

Figura 6.12 Relao entre recalques e dimetros para as estacas ensaiadas, com e seminundao ...................................................................................................................113

Figura 6.13 Carga aprisionada ao final do descarregamento (D50(6)) ........................115

Figura 6.14 Separao das cargas lateral e de ponta (D40(5)) .....................................117

Figura 6.15 Separao das cargas lateral e de ponta (D50(5)) .....................................117

Figura 8.1 Ilustrao da possibilidade de uma pesquisa ............................................127


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TABELAS

Tabela 2.1 Movimentos necessrios para mobilizao da resistncia de ponta ......... 25

Tabela 2.2 Movimentos necessrios para mobilizao da resistncia lateral ............. 26Tabela 3.1 Caracterizao do solo do campo experimental da USP So Carlos ..... 45

Tabela 3.2 Resultados dos ensaios de penetrao do campo experimental .................46

Tabela 4.1 Evoluo das cargas ltimas das estacas E1, E2e E3 .................................53

Tabela 4.2 Valores dos mdulos de Young das estacas do campo experimental ........54

Tabela 4.3 Estimativa do volume de gua necessrio para saturar uma coluna de solode 2,8 x 2,8 x 10 m ......................................................................................................67

Tabela 4.4 Variao do pH da gua de inundao .......................................................68Tabela 5.1 Sequncia da realizao das provas de carga .............................................74

Tabela 5.2 Dados para traado da curva carga x recalque (D40(5)) ...........................76



Tabela 5.5 Valores das sees homogeneizadas das estacas .......................................79

Tabela 5.6 Deformaes e cargas para as diversas sees instrumentadas (D50(6)) .....84



Tabela 5.9 Clculo de Q a partir dos dados de transferncia de carga (D40(5)) ............90

Tabela 5.10 Tenses laterais e deslocamentos, por trechos (D40(5)) ............................90



Tabela 5.13 Valores de resistncia unitria de ponta x deslocamentos ...................92

Tabela 6.1 Resistncia de ponta das diversas provas de carga (D40) ..........................97

Tabela 6.2 Resistncia de ponta das diversas provas de carga (D50) ..........................97

Tabela 6.3 Variao de Qs/Qpe Qp/Q0com o carregamento (D40(5)) .........................100



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Tabela 6.6 Variao de mscom a profundidade (D50(6)) ............................................108

Tabela 6.7 Variao de mscom a profundidade (D40(5)) .............................................109

Tabela 6.8 Variao de mscom a profundidade (D50(5)) ............................................109

Tabela 6.9 Separao das cargas (lateral e de ponta) nas provas de carga ................116


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FOTOS

Foto1 Trincas produzidas por recalque diferencial em residncia na zona urbana deSo Carlos ......................................................................................................................2

Foto 2 Vista do campo experimental da USP So Carlos ........................................47

Foto 3 Montagem de uma prova de carga tpica ..........................................................56

Foto 4 Cava experimental C2com detalhe do revestimento ........................................59

Foto 5 Tentativa de cravao de um tubo plstico de 4 para introduo de sonda denutrons ........................................................................................................................67


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LISTA DE SMBOLOS

a parmetro de Van der Veen que define o formato da curva exponencial da funocarga x recalque

di deformao (observada ou calculada) em uma seo genrica da estaca, a partir deleituras do indicador de deformaes correspondentes ao nvel instrumentado desteseo

e0 ndice de vazios do solo na sua condio natural

fp reao unitria de ponta

fs atrito lateral unitrio

h comprimento (ou altura) de uma estaca

k rigidez do sistema solo-estaca

m mobilizao da reao de ponta no momento da ruptura do terreno de fundao

ms fator de mobilizao do atrito lateral

p permetro da estaca

qc resistncia de ponta do ensaio de cone (deepsounding)

s resistncia ao cisalhamento (envoltria de Mohr Coulomb)

y deslocamento da estaca em uma seo genrica, a qualquer profundidade z

y1 deslocamento da ponta da estaca quando todo o atrito lateral mobilizado aolongo da estaca (saturao do fuste)

yr deslocamento residual registrado ao final de um carregamento anterior em umasequncia de provas de carga

z profundidade do solo ao longo da qual a estaca encontra-se instalada

w teor de umidade

A rea da seo transversal da estaca

Ah,i rea homogeneizada de concreto na seo i, considerando mdia ponderadaentre o concreto efetivo e a armadura da seo

A1 resistncia lateral da luva de Begemann no ensaio de cone (deepsounding)

A1r atrito lateral da estaca, na ruptura

Ap rea da ponta (ou base) da estaca


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As rea lateral da estaca (ou do segmento de estaca)

B 1 parmetro de Cambefort (1964)

D dimetro da estaca em uma seo qualquer

Db dimetro da base da estaca

E mdulo de deformao longitudinal de um material

Ep mdulo de elasticidade longitudinal do material da estaca

Kc fator de sensibilidade do indicador de deformaes

L comprimento da estaca

N nmero de golpes necessrios para penetrao do barrilete amostrador padro(SPT) dos ltimos 30 cm do comprimento total

P carga genrica aplicada na cabea de uma estaca durante prova de carga

Pu carga ltima (carga-limite ou capacidade de carga) de uma estaca de prova

Q carga genrica aplicada a uma estaca em condies de trabalho ou de ensaio

Qi carga calculada numa seo genrica i, em funo das leituras de deformaesna correspondente seo instrumentada

Qp carga na base da estaca

Qs parcela lateral da carga total resistida pela estaca

Q(z) funo distribuio do carregamento x profundidade

Qw carga de trabalho da estaca

Q0 carga aplicada na cabea da estaca durante a realizao de prova de carga

Q25 carregamento da prova de carga que produz um recalque de 25 mm

R 2 parmetro de Cambefort (1964)

S permetro da estaca

Sr grau de saturao do solo

deslocamento ou recalque do topo da estaca

massa especfica aparente do solo natural

d massa especfica aparente do solo seco

e recalque elstico, recuperado ao final do descarregamento de uma prova de carga

p recalque calculado da ponta da estaca


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s massa especfica dos slidos

t recalque total considerando a soma das parcelas: recalque elstico e recalqueplstico

0 recalque observado no topo da estaca atravs dos extensmetros, durante a prova

de carga

- recalque admissvel (neste trabalho considerou-se, arbitrariamente, igual a 25

mm)

coeficiente de Poisson

tenso normal a uma superfcie horizontal do solo em qualquer profundidade z

)(z - funo transferncia de carga (ou distribuio do atrito lateral) ao longo da

profundidade z.


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CAPTULO 1 INTRODUO

Numerosas pequenas construes na cidade de So Carlos (SP) exibem

fissuras tpicas de recalques diferenciais de fundaes, mormente nas regiesperifricas e em zonas onde esto concentradas construes mais antigas. So

frequentes alguns danos bastante relevantes, extrapolando nveis de trincas e fendas,

s vezes inviabilizando esttica e estruturalmente a construo. Subsidncia de pisos e

passeios pblicos so tambm notveis, geralmente associados infiltrao de guas

pluviais e ao rompimento de tubulaes de esgotos sanitrios.

SILVEIRA & SILVEIRA (1958) afirmam: h (em So Carlos) elevado

nmero de casas trincadas que so, entretanto, generalizadamente admitidas sob aalegao de que no seria compensador, em face do valor das obras comuns, um

melhor estudo do problema.

Ainda nos dias atuais, este quadro no precisa ser modificado (FOTO 1) e o

carter colapsvel destes solos o principal agente formador de tais danos.

A inquestionvel vocao geotcnica da Escola de Engenharia de So Carlos

USP, cujo bero est ligado aos anos 50 com Victor de Mello e Alberto H. Teixeira,

acumulou, ao longo de mais de trs dcadas, um respeitado acervo de informaes

geolgico-geotcnicas do interior do Estado de So Paulo, em reas de notvel

significado econmico.

Portanto, ao se estudar os solos de So Carlos, do ponto de vista de fundaes,

isto equivale a estender determinadas concluses para algumas regies similares

(FIGURA 1.1).

Nos ltimos anos o crescimento vertical tem sido a tnica da maioria dascidades de mdio porte, acarretando um considervel aumento das cargas de trabalho.

Justifica-se, assim, investigar as reais condies da capacidade de carga, a evoluo

dos recalques com o carregamento e os mecanismos de transferncia de carga do

sistema solo-estaca em fundaes profundas.


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FOTO 1 Construo na zona urbana de So Carlos exibindo sinais externos de danos severos emfuno de recalques diferenciais

Esta pesquisa est inserida em um estudo global implantado com esta

finalidade; cabe-lhe determinar como as estacas escavadas se comportam em um solo

colapsvel sob inundao, complementando estudos precedentes sobre as mesmas

estacas sob condies no inundadas, em carregamento lento (MANTILLA, 1993) e

rpido (SACILLOTO, 1993).

O tipo de estaca, objeto deste estudo, a escavada mecanicamente econcretada in loco. Esta modalidade vem encontrando crescente aceitao da parte

de projetistas e construtores em funo de vantagens como: a) baixo custo; b) ausncia

de vibrao quando de sua instalao; c) flexibilizao de seu comprimento,

possibilitando ainda visualizar o subsolo atravessado.

Por tudo isto, as duas ltimas dcadas assistiram a um rpido

desenvolvimento de mtodos construtivos, porm no acompanhado por processos de

clculo confiveis. Certos conhecimentos clssicos, implcitos nas teorias decapacidade de carga e de deformabilidade de estacas cravadas, escapam de seu

domnio (a menos que algumas idealizaes sejam feitas, principalmente sob o ponto

de vista do verdadeiro estado de tenses aps a sua instalao. Caminha-se, portanto,

no sentido de um amplo favorecimento de formulaes empricas.


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FIGURA 1.1 Algumas regies do estado de So Paulo com potencialidade de ocorrer perfissimilares rea de So Carlos (GIACHETI, 1991)


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Assim, torna-se justificvel enfatizar as pesquisas regionais, onde processos

construtivos e condies peculiares de subsolo sejam razoavelmente similares.

Esta uma pesquisa comparada. Seus objetivos sero claramente definidos

em (4.1.1). Estabelecem-se como premissas:

1) Qual a reduo da capacidade de carga do terreno de fundao nas

condies de solo inundado?

2) Qual a influncia da inundao na interao entre as resistncias, lateral

e de ponta?

Para este fim, dispe-se de informaes preliminares, principalmente

MANTILLA (1993). Tais dados sero tomados como parmetros-guia para efeito de

comparao.


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CAPTULO 2 REVISO BIBLIOGRFICA

A fim de atender algumas necessidades de clculo e, principalmente, respaldar

discusses, anlises e concluses, sero levantados os resultados, conceitos e

proposies disponveis. Na medida do possvel, as pesquisas locais e regionais sero

valorizadas.

2.1 COLAPSIBILIDADE: MECANISMOS DE FORMAO

Entende-se por solo colapsvel aquele de estrutura metaestvel, com baixo

grau de saturao e que, por efeito de molhagem e/ou de carregamento (sobrecarga ou

peso prprio) conduzido a um radical rearranjo de partculas, acarretando sensvel

reduo de volume.

Os pr-requisitos fundamentais para a instalao do colapso so:

1) ndice de vazios elevado

2) Umidade natural inferior umidade de saturao

3) Resistncia provisria produzida por:

a.Agentes cimentantesb.Tenses capilares capazes de serem desenvolvidas para teores de

umidade in situ inferiores ao limite de contrao, gerando presses

neutras negativas (DUDLEY, 1970).

Tem sido generalizadamente empregada a expresso colapso por saturao,

contradizendo concluses j bem estabelecidas no histrico da descrio de solos

colapsveis. MOORE (apud DUDLEY, 1970) reconhece a existncia da saturao

tima, inferior a 100%, para a qual se d o colapso. Informa ainda que a perda deresistncia iniciada quando o grau de saturao cresce alm de 50% a 60%.

O postulado clssico de DUDLEY (1970), segundo o qual as ligaes

cimentantes tm origem essencialmente nas tenses capilares, tem precedentes:

HOLTZ & HILF (1961) admitem que o colapso proveniente da inundao do solo


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resulta em destruio das presses capilares para um grau de saturao vizinho a

100%, onde o crculo de MOHR se desloca para a esquerda e intercepta a envoltria

de resistncia do solo.

Tambm BURLAND (1965) postula, nesta mesma linha de raciocnio, que o

decrscimo das presses negativas existentes nos contatos pontuais entre as partculas

durante a inundao origina escorregamento e distores irrecuperveis dos slidos,

com a consequente diminuio de volume.

H um generalizado pressuposto, equivocado ademais, segundo o qual os

solos naturais, e somente eles, so potencialmente colapsveis. A aceitao deste

princpio deve ser combatida, sob o risco de se tentar impor a compactao como uma

soluo universal para as fundaes problemticas. At um passado bem recente, eramais ou menos consensual que o colapso um fenmeno primordialmente sensvel

mudana no comportamento tenso x deformao do solo e que s pode ocorrer

custa da aplicao de uma certa tenso, inferior de ruptura.

Sendo assim, a tendncia de se produzir colapso em uma massa de solo aps

sujeit-lo a um determinado nvel de presses, poderia ser simplesmente combatido

atuando-se na condio de ser do solo, pela introduo de novas caractersticas

oriundas da compactao. Esta distoro conceitual passa por novas revises, sobenfoques mais modernos e discutidos luz dos conhecimentos sobre solos

parcialmente saturados, embora existam evidncias de percepo desta questo desde

a constatao de HOLTZ (1948) da existncia de colapso em aterros, posteriormente

confirmado por BARDEN et al. (1973).

Nas razes da abordagem terica desta conceituao encontra-se o trabalho de

FOSS (1973), onde se constata a existncia de uma relao linear decrescente entre a

porcentagem de colapso e a densidade seca para solos compactados no ramo seco.

Simultaneamente, ESCARIO & SAEZ (1973) demonstram,

experimentalmente, que a variao de volume durante o colapso de solos no

saturados est relacionada com a variao da matriz de suco, enquanto se controlam

as presses do ar e da gua.


23/160

A concluso de FOSS (1973) confirmada por POPESCU (1986) e

parcialmente referendada por BENDELFADHEL (1989), que encontra uma relao

parablica para teores de umidade muito baixos.

Dentro deste novo enfoque devem ser destacados os trabalhos de

FREDLUND (1976; 1979), FREDLUND & MORGENSTERN (1976; 1977),

culminando com um trabalho mais recente de TADEPALLI & FREDLUND (1991).

Neste ltimo so feitos ensaios edomtricos em amostras inundadas antes, durante e

aps os ensaios com dois objetivos: 1) demonstrar a unicidade da relao envolvendo

a matriz e suco e a variao de volume total durante o colapso; 2) demonstrar a

validade da teoria de adensamento unidirecional proposta para os solos no saturados.

No obstante a persistente tendncia de se averiguar a colapsibilidade emsolos compactados (COX, 1978; CLAYTON, 1980) ser til para justificar a

ocorrncia de colapso em estacas sucessivamente ensaiadas, ainda a abordagem

clssica que mais se aproxima dos fins prticos direcionados aos estudos sobre

fundaes. Apesar desta ressalva, deve-se levar em considerao estes novos

conhecimentos, pelo menos como uma perspectiva interessante sobre o assunto.

No caso concreto dos solos de So Carlos, a identificao mais remota da

colapsibilidade pode ser associada aos relatrios 2269 e 2181 do IPT (1954), queforneceram elementos de projeto para edificaes no campus da USP So Carlos.

GRIM &GRADLEY (1963), estudando a mineralogia de uma amostra local, do

subsdios para esta evidncia. Trabalhos acadmicos e ensaios de rotina em

laboratrio acumularam-se durante os anos seguintes, sem, contudo, merecer qualquer

divulgao formal para a comunidade tcnica. O marco pioneiro, que pode ser tomado

como um estudo definitivo nesta rea, deve ser atribudo a VILAR (1979). Embora a

pesquisa tenha utilizado amostras de pequena profundidade (inferiores a 2 m), os

resultados e as concluses so plenamente favorveis sua adoo, tendo sido

realizados 72 ensaios de adensamento em solos provenientes de trs reas distintas,

sendo uma delas prxima ao local onde se encontra o atual campo experimental de

fundaes da USP So Carlos.


24/160

Os critrios adotados por VILAR (1979) para identificao dos solos

colapsveis de So Carlos so os clssicos, que utilizam ndices fsicos ou

propriedades ndices, baseados no conceito geral de saturao do solo para um teor de

umidade correspondente ao limite de liquidez (DENISOV, 1951; PRIKLONSKIJ,

1952; FEDA, 1966; GIBBS & BARA, 1967) e a metodologia para quantificao dos

recalques por colapso provocados por inundao do solo foi baseada em ensaios

edomtricos (JENNINGS & KNIGHT, 1957; REGINATTO & FERRERO, 1973).

Para efeito de discusso sugestivo questionar at que ponto a quantificao

de recalques por colapso pelo processo do ensaio edomtrico vlida. Com efeito,

grande parte dos deslocamentos iniciais no mobilizam nenhuma reao de ponta no

caso de estacas escavadas virgens. Haveria, deste modo, alguma reserva a ser imposta

a este tipo de ensaio? Parece que sim, at mesmo para fundaes rasas (JIMENEZ

SALAS, 1987; HOUSTON et al., 1988).

NADEO & VIDELA (1975a) discutem esta questo e afirmam que o grau de

colapsibilidade dos ensaios edomtricos mais severo do que se passa nas estacas.

Assim, qualquer modelo de estimativa de recalque que envolva variao do ndice de

vazios deve ser substitudo por outros que se baseiam em parmetros de resistncia,

sendo sugeridos ensaios drenados como representativos das propriedades mecnicas

dos solos colapsveis inundados.

Um adequado respaldo para esta ideia consta da concluso de KANE (apud

NUEZ, 1975), segundo a qual o mecanismo de colapso dos solos sob compresso

confinada um fenmeno puro de cisalhamento. Houve a constatao, atravs de

ensaios de placa, de uma ruptura tpica de puno, sem deformaes laterais, o que

possibilita a traduo deste fenmeno por uma quantificao da perda de resistncia.

Para o caso especfico de estacas, tambm vlido questionar a real utilidadedo ensaio edomtrico, contrapondo-se a seguinte dvida: a presso que leva um

determinado solo ao incio do colapso varivel com a profundidade? SILVA (1990)

argumenta a este respeito sem apresentar respostas.


25/160

Igualmente defensvel o ponto de vista da existncia de uma presso-limite,

a partir da qual os recalques no mais se processam por colapso, sendo completamente

ineficiente a saturao para exercer qualquer efeito, quer seja na dissoluo dos

meniscos capilares, quer seja na destruio das ligaes cimentantes (VARGAS,

1974; MILITITSKY, 1986).

Sob o aspecto dos solos colapsveis de So Carlos registram-se ainda outras

contribuies de interesse.

NOGUEIRA et al. (1985) analisam a influncia da molhagem do solo na sua

compressibilidade, utilizando um ensaio de placa. As concluses apresentadas foram:

1) para presses inferiores a 80 kPa os recalques registrados na situao de solo

inundado foram menores que os ocorridos na condio de solo natural (da ordem de75%); 2) para presses superiores a 80 kPa os recalques verificados durante a

inundao alcanaram 50% dos recalques totais durante o ensaio.

NEVES (1987) introduz um novo processo para investigar a colapsibilidade

dos solos de So Carlos, trabalhando com amostras do sedimento cenozoico, tambm

de pequenas profundidades. Anlises com uso de microscpio eletrnico revelaram a

natureza dos vnculos cimentantes, constitudos por partculas de silte e argila ou

ento por xidos e hidrxidos de ferro. Foi tambm observado que a inundao produzum rearranjo estrutural e um bloqueio dos canalculos. Nveis de tenso superiores a

50 kPa so bastante significativos nas redues de volume (aumento do coeficiente de

colapso).

2.2 MODOS DE INUNDAO DOS SOLOS COLAPSVEIS

Um dos relatos pioneiros sobre sistemas de inundao para provas de carga

procede de DONALDSON (1967), tendo sido utilizados quatro furos com dimetrosde 10 cm, diametralmente opostos em relao s estacas e distantes de 90 cm dos

fustes, sendo alimentados por 39 dias seguidos. A eficincia do sistema no

comentada.


26/160

NADEO & VIDELA (1975b) comparam a eficincia de dois processos

distintos, concluindo que o uso de tubos perfurados no produz resultados to bons

quanto os conseguidos pela simples alimentao, permanente, de uma cava. Nas

cavas, a taxa de infiltrao verificada para o caso estudado prxima dos 17

litros/hora. Para as trs estacas de prova so apresentados na FIGURA 2.1a os teores

de umidade do solo em seu estado natural e aps o perodo de inundao, obtidos

atravs de amostras coletadas de furos feitos antes e aps a inundao. Na FIGURA

2.1b so apresentados os graus de saturao alcanados pelo solo em diferentes nveis,

calculados para cada estaca. A curva A, representativa da soluo de inundao

somente pelo fundo da cava, mostra que a saturao total pode ser alcanada at os 4

primeiros metros, provavelmente devido elevada porosidade do solo superficial. As

demais correspondem aos casos de inundao somente por meio de tubos perfurados emostram uma melhor distribuio da saturao ao longo do perfil, ficando porm, na

mdia, em torno do grau de saturao de 80%.

FIGURA 2.1 a) variao do teor de umidade com a profundidade, em condies de solo natural einundado; b) variao do grau de saturao com a profundidade para as trs estacas de prova(NADEO & VIDELA, 1975b)


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BARA (1975) tambm compara os efeitos de inundao por meio de irrigao

e por meio de furos, concluindo que este ltimo processo rpido e eficiente.

LOBO (1991), descrevendo a experincia em solo colapsvel em Bauru (SP)

utiliza cava quadrada de 1,3 m de lado e 0,4 m de profundidade, associada a 4 furos

com 10 cm de dimetro, situados nos cantos, mas no informa o tempo de inundao e

nem relata a eficincia dos resultados.

Situao bem similar descrita por CARVALHO & SOUZA (1990), em

experincia feita para fundaes rasas e estacas tipo broca em Ilha Solteira (SP).

HOUSTON et al. (1988) descrevem a inundao do solo para ensaios de placa

utilizando uma rea bem maior que a cava de fundao, onde colocaram sucessivas

lminas dgua sobre uma superfcie de contorno, adjacente fundao, limitada porpequenas bermas.

AGNELLI (1992), executando diversas provas de carga diretas no campus da

UNESP em Bauru (SP) descreve um processo de inundao concebido atravs da

simples alimentao, sob fluxo controlado de 200 litros/hora, de gua potvel da rede

pblica, capaz de manter constante uma lmina dgua de cerca de 4 cm. difcil de

ser interpretada a taxa de consumo, desde que consideraes da evoluo do grau de

saturao, em vrios pontos (em planta e em profundidade), alm da influncia dos

coeficientes de permeabilidade horizontal e vertical, deveriam estar disponveis para

esta finalidade.

MELLIOS (1985) descreve a inundao de estacas tipo broca em Jupi (SP),

mas o nvel de detalhes do relato insuficiente. informado apenas que ela feita

atravs de alimentao com gua a partir da superfcie. Similar experincia

reportada por MONTEIRO (1985).

2.3 INFLUNCIA DO AUMENTO DO TEOR DE UMIDADE DO SOLO

DE FUNDAO

fato incontestvel que o incremento da umidade produz certa degradao na

resistncia ao cisalhamento dos solos.


28/160

Isto ganha importncia no caso especfico dos solos inundados, j que, a partir

de uma umidade natural, h uma sensvel evoluo deste estado, de modo a interferir

nos parmetros de resistncia, com bvios prejuzos para a capacidade de carga das

fundaes profundas.

Algumas contribuies a este respeito, embora originalmente estudadas para

solos tipicamente argilosos e sem nenhuma especificidade para as fundaes

profundas, podem ser levadas em conta. Contribuio de vulto a proporcionada por

SKEMPTON (1959, p.65) ao apresentar um grfico da variao da resistncia ao

cisalhamento com a umidade para as argilas de Londres, com base em grande

quantidade de dados.

MOHAN & CHANDRA (1961), para argilas da ndia, tambm concluem quea adeso diminui com o aumento do teor de umidade, tendo havido a preocupao de

medir a variao, em um mesmo nvel de profundidade, em diferentes distncias do

fuste. Foi constatada a tendncia de migrao de gua para a interface solo-estaca,

com teores de umidade de 2% a 3% superiores aos que ocorrem a distncias de

aproximadamente 5 cm do fuste. Os autores no informam o procedimento adotado

para a medio destes teores de umidade.

2.4 CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS ESCAVADAS

2.4.1 Reviso do problema

A capacidade de carga, carga ltima (ou carga-limite, como querem uns) de

uma estaca, pode ser definida, preliminarmente, como aquela que produz

deslocamentos incompatveis com os que a estrutura que suporta pode tolerar.

Considerando-se que as estacas escavadas so uma inovao construtiva

relativamente recente, no de se estranhar que os mtodos tericos de previso sejam

raros e pouco divulgados. Predominam aqueles de base emprica ou semi-emprica,

sempre produzindo algum tipo de controvrsia.

A polmica em torno deste tema ainda grande, no obstante os anos 80

tenham proporcionado considerveis avanos nesta rea. Este progresso derivado,


29/160

principalmente, de pesquisas empreendidas por Universidades. Geralmente, elas

envolvem provas de carga em estacas instrumentadas. Alm disso, a ocorrncia de

eventos especiais despertou na comunidade especializada proveitosas discusses a

respeito.

Na seo de debates do 1 Seminrio de Fundaes Especiais (SEFE I, So

Paulo, 1985) h esta declarao textual: a primeira obra que fizemos, cerca de 8 anos

atrs, o pavor tomou conta dos projetistas, dada a completa ausncia de informaes

confiveis sobre como calcular a capacidade de carga de uma estaca escavada.

De fato, o assunto era ainda muito nebuloso poca da referida construo e a

atitude refletia a pouca experincia brasileira.

A reviso bibliogrfica sobre este tema indica uns poucos mtodos: WARD &GREEN (1952); SKEMPTON (1959; REESE et al. (1976); SEARLE (1979);

GRANDE & NORDAL (1980) e AIJ (1976, apud HORIUCHI, 1985) propem

formulaes de carter semi-emprico ou terico, de pequena comprovao e/ou, mais

geralmente, desconhecidas em nossos meios tcnicos.

Solues que talvez pudessem ser examinadas com mais ateno, tais como as

sugestes de MEYERHOF (1976; 1982; 1983) so, contudo, de aplicao complexa,

pois misturam frmulas de estacas cravadas e escavadas, obtidas em funo de ensaios

de cone (raros entre ns) e envolvem, no caso de areias, a sua densidade relativa.

Sendo esta normalmente obtida atravs de correlaes, surge aqui um elemento de

embarao, pois as condies brasileiras so muito variveis e as correlaes at agora

produzidas so em nmero muito reduzido.

No caso de estacas escavadas de grande dimetro parece interessante testar as

sugestes de CHANG & BROMS (1991), por causa de algumas similaridades das

condies de Cingapura (onde foram estudadas) com as nossas, isto , em solos de

formao tropical e onde tambm prevalece o uso do SPT.


30/160

Uma expresso terica vista em POULOS & DAVIS (1980), cujo aspecto

algo sofisticado no esconde nenhuma novidade, serve para estimar a carga ltima de

uma estaca escavada isolada, sujeita a carregamento vertical em areias.

2.4.2 A prtica brasileira

A experincia brasileira est praticamente calcada em algumas frmulas

clssicas em nossos meios tcnicos. So exemplos as de AOKI & VELLOSO (1975),

DCOURT & QUARESMA (1978), VELLOSO (1981) e PHILIPPONNAT (1979).

Deve ser observado que, exceto o mtodo de DCOURT & QUARESMA (1978), a

validade destas frmulas exige a utilizao de resultados do CPT ou, na sua ausncia,

de correlaes do tipo qc= KN, obtidas para solos regionais, como as produzidas por

ALBIERO (1990) ou MENEZES (1990). Alm disso, a calibrao dos parmetros F1e F2 de AOKI & VELLOSO (1975) necessria, do modo como o fizeram

MANTILLA (1993) e SACILOTTO (1993) para as condies de So Carlos, com

base nos resultados penetromtricos do campo experimental da USP So Carlos.

2.4.3 Capacidade de carga de estacas escavadas em solos colapsveis inundados

No se encontram registros acessveis de frmulas especficas para este caso.

Tudo leva a crer que a nica dificuldade estaria em se conhecer a verdadeiradistribuio da resistncia ao cisalhamento do solo ao longo da profundidade da

estaca, em condies de umidade diferentes da natural, porm muito dificilmente

mensurveis aps um certo perodo de inundao.

Portanto, uma reviso a este respeito tem por finalidade to somente

identificar algumas experincias similares que descrevem a perda da capacidade de

suporte da fundao aps a inundao, de modo a se obter comparaes para efeito de

anlise. Alm disso, estes relatos so instrutivos no sentido de previso do fator desegurana mais conveniente a ser aplicado nos projetos de fundao de estacas

escavadas em solos colapsveis, quando estiver prevista inundao potencial.


31/160

HOLTZ & GIBBS (1953) analisaram a capacidade de carga e os recalques de

vrias estacas instaladas em solos colapsveis lossicos inundados, apresentando ento

algumas concluses:

1) As capacidades de carga so diferentes quando os processos de

instalao das estacas so diferentes, no recomendando a sua execuo

em furos escavados a seco, por constatarem que tais procedimentos

levam a grandes recalques aps a inundao do solo

2) As estacas de ponta, apoiadas em camada de solo no colapsvel,

apresentaram boa capacidade de carga, mesmo aps a inundao; se

sujeitas apenas a carregamento axial, sua capacidade de carga revelou-se

dependente do tipo de instalao

3) A prvia inundao do solo faz com que as estacas apresentem melhor

comportamento sob carga.

MONTEIRO (1985) e MELLIOS (1985) apresentam resultados de provas de

carga sobre estacas broca de pequeno comprimento (3,5 m a 5,0 m) na regio noroeste

do estado de So Paulo, onde se constata a existncia de solos colapsveis com

potencial de colapso de at 6% aps a inundao das amostras de solo. Concluem que

h reduo da capacidade de carga em torno de 50% pelo efeito de inundao do solo.

CARVALHO & SOUZA (1990) analisam resultados de provas de carga em 2

estacas escavadas em Ilha Solteira (SP), com D = 0,25 m e L = 6,0 m, discretamente

apiloadas, em solo colapsvel inundado. Foi verificado que:

1) A inundao produziu colapso, mesmo para um nvel de carregamento

da ordem de um tero da carga ltima verificada atravs de ensaio

prvio

2) O atrito lateral unitrio, na umidade natural, era da ordem de 30 kPa3) Uma reduo da ordem de 70% na capacidade de carga das estacas foi

constatada aps a inundao.

LOBO et al. (1991b) analisam a influncia da inundao sobre a carga ltima

de estacas escavadas em Bauru (SP), tendo concludo que as perdas de carga variam


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de 35% a 43% (com mdia de 39%). Neste trabalho feita uma comparao com

estacas apiloadas de pequeno dimetro, havendo a concluso de que a inundao

sensibiliza mais as estacas escavadas em termos de perda de capacidade de suporte.

Diversos mtodos tericos para previso de carga ltima foram testados a partir dos

resultados de provas de carga, apresentando resultados similares por causa da boa

definio da curva carga x recalque.

SILVA (1990) analisa a capacidade de carga de estacas escavadas curtas do

tipo broca, de pequeno dimetro, em solo colapsvel e sujeito a inundao. Concluiu

ter havido reduo na capacidade de carga de 77% nos locais onde houve inundao

do solo (durante 15 horas) e o pr-carregamento no levou o solo ao colapso (a carga

ltima passou de 58 kN para apenas 13 kN). Os resultados foram comparados com

previses de carga ltima feitas por um mtodo terico (POULOS & DAVIS, 1980) e

por mtodos empricos (AOKI & VELLOSO, 1975; DCOURT & QUARESMA,

1978). O autor no informa o modo como os parmetros de entrada do solo, nesta

condio de inundao, foram obtidos.

A maior aptido de uma estaca escavada em suportar carregamento sob

menores deslocamentos quando o solo envolvente estaca previamente inundado

destacado no trabalho de NADEO & VIDELA (1975a). Ainda neste trabalho

apresentam resultados de provas de carga em estacas escavadas, reensaiadas, com

comprimentos e dimetros bastante prximos aos existentes no campo experimental

da USP So Carlos. Embora os dados no sejam bem explicitados, pode-se inferir

que a reduo na capacidade de carga varia entre 30% e 35% aps a inundao do

fuste e da ponta.

2.5 ANLISE DO COMPORTAMENTO DE ESTACAS

2.5.1 Recalques: uma reviso sobre os mtodos clssicos

Historicamente, deve-se a RUDERMAN (1939) o mtodo pioneiro que tratou

os problemas de carga x recalque e de transferncia de carga, utilizando a soluo de

MINDLIN (1936). A tentativa no foi bem sucedida.


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Mtodos clssicos so frequentemente encontrados nos anos 60

(DAPPOLONIA & ROMUALDI, 1963; 1964. 1965; THURMAN &

DAPPOLONIA, 1965), porm criticveis pela excessiva idealizao nas suas

hipteses. Entretanto, eles tm a vantagem de incluir tambm o clculo simultneo da

distribuio de tenses no solo. O mtodo de NAIR (1967) muito til para se obter

as caractersticas de carga x recalque e de transferncia de carga por mtodo elstico.

Porm, dentro da chamada anlise no elstica que surgiram os mtodos

mais utilizados e que, ainda hoje, so adotados com bons resultados: REESE et al.

(1955); SEED & REESE (1957); MANSUR & KAUFMAN (1958); DAPPOLONIA

& HRIBAR (1963); SEED & REESE (1964); COYLE & REESE (1966) e KOIZUMI

& ITO (1967). Entre os mtodos clssicos podem ainda ser mencionados alguns

empricos, como se v em MEYEERHOF (1959), vlido para areias, e FOCHT

(1967), vlido para argilas.

De todos esses mtodos destaca-se o de COYLE & REESE (1966). O

principal objetivo na definio dos prprios autores a obteno de uma famlia de

curvas (uma para cada nvel da estaca), relacionando os deslocamentos em abscissas

com a relao transferncia de carga/resistncia ao cisalhamento do solo ao longo

da profundidade. Esta relao, nas estacas instrumentadas, pode ser subentendida

como o atrito lateral unitrio calculado para cada trecho entre diferentes nveis

instrumentados.

O mtodo de COYLE & REESE (1966) tem concluses e corolrios

importantes. So exemplos:

1) A carga transferida da estaca para o solo, em qualquer profundidade, no

funo apenas da resistncia ao cisalhamento do solo, mas tambm do

quanto a estaca se movimenta neste ponto2) A transferncia de carga no uniforme ao longo da estaca; o mximo de

transferncia se d para um ponto ligeiramente acima de seu ponto mdio

e as menores taxas de transferncia so nas extremidades, sendo mnima

na ponta


34/160

REESE et al. (1969) sugerem que a tenso lateral mxima pode ser uma

funo do SPT e, para condies particulares de suas provas de carga apresentam o

valor N/35 (tf/sqf), equivalente a N/324 (MPA) No si.

Uma nova tendncia desenvolvida com os mtodos elsticos, sobretudo a

partir dos anos 70, onde o solo modelizado como um meio contnuo. Contribuies

nesta linha so apresentadas por BUTTERFIELD & BANERJEE (1971), BANERJEE

(1978), BANERJEE & DAVIS (1978) e POULOS & DAVIS (1980).

Este ltimo , sem dvida, um dos mtodos mais difundidos em anlise de

comportamento de estacas. Sua base de clculo pode ser acompanhada pelos trabalhos

de POULOS & DAVIS (1968), POULOS (1972) e POULOS (1979). Uma descrio

bem detalhada deste e de outros mtodos elsticos pode ser apreciada em SANTOSJR. (1988).

2.5.2 Estimativa de recalques em estacas isoladas

O recalque (ou deslocamento) de uma estaca pode ser visto como a soma de

trs componentes mais importantes: 1) devido compresso elstica da prpria estaca;

2) devido compresso do solo, em sua fase elstica; 3) devido deformao

irreversvel do solo, verificada na cabea da estaca, aps o seu descarregamento

(recalque plstico).

2.5.2.1 Mtodos de estimativa de recalques baseados em correlaes com o dimetro

1) COOKE (1979): (0,3 a 0,4%) x D

2) FRANK (1985) 0,6 x D (estacas escavadas isoladas)

3) VAN WEELE (1982): 0,7% x D

4) BRIAUD & TUCKER (1984): 1,25% x D (mximo)

2.5.2.2 Mtodo de POULOS (1989) para estimativa com base no comprimento daestaca (FIGURA 2.2)

2.6 TRANSFERNCIA DE CARGA

2.6.1 Funo transferncia de carga


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A transferncia de carga da estaca para o solo pode ser devidamente calculada

desde que se possua dados obtidos da instrumentao da estaca. Estes dados so os

relativos distribuio de carga axial ou distribuio de seu deslocamento vertical.

A distribuio do atrito lateral um dos mais importantes corolrios da

transferncia de carga. Pode ser calculada como uma funo da distribuio da carga

axial do seguinte modo:

dz

zdQ

Sz

)(.

1)( = (2.1)

Onde:

S = permetro da estaca

Q(z) = carga axial existente, profundidade z.

FIGURA 2.2 Curvas para estimativa de recalques em estacas escavadas: a) em argilas; b) em areias(POULOS, 1989)

Se o deslocamento da estaca, em qualquer profundidade z, estiver disponvel,

esta distribuio poder ser calculada por:

2

2 )(.

.)(

dz

d

S

EAz

= (2.2)

Onde:


36/160

A = rea da seo transversal da estaca

D = mdulo de deformao longitudinal do material da estaca

= deslocamento do topo da estaca.

A quantificao desta distribuio importante para a anlise de

comportamento. Na prtica, pode ser usada para estimar os recalques de uma estaca

sujeita a uma determinada carga de trabalho, Qw.

claramente observvel uma diferena qualitativa no mecanismo de

transferncia de carga, medida em que o carregamento aumenta nas provas de carga.

Geralmente, a parte superior a mais mobilizada, como se pode ver em REESE et al.

(1976) e FONTOURA (1982). Isto essencialmente verdadeiro para estacas virgens.

Mais recentemente, alguns estudos de MASSAD (1991a; 1991b; 1991c)comprovam que isto ocorre somente enquanto no h a saturao pode inteiro do

atrito lateral. medida em que o valor da carga total vai ocorrendo, uma progressiva

mudana verifica-se, no sentido de desenvolver as maiores tenses cisalhantes no

trecho mdio da estaca.

Na regio da ponta verificam-se baixos valores da tenso cisalhante, mesmo

quando o carregamento imposto elevado, conforme ROCHA FILHO & AMARAL

(1980). Ao ser novamente ensaiada, a mobilizao da ponta da estaca se modifica e o

aspecto da distribuio pode ser bem diferente. Esta hiptese de que na vizinhana da

ponta da estaca h uma interao dos estados de tenso provenientes das reaes

laterais e de ponta tem mais defensores, como ELLISON et al. (1971), que resolvem o

problema atravs de um modelo de anlise numrica.

FOUTOURA (1982) apresenta curvas de variao do atrito lateral com a

profundidade, onde se destacam apenas algumas delas na FIGURA 2.3. Tais curvas

foram obtidas atravs de provas de carga em estacas com instrumentao em muitos

nveis. Nelas, percebe-se uma tendncia inicial do atrito lateral, logo na vizinhana do

topo da estaca, diminuir drasticamente at atingir um limite residual, mais ou menos

constante, antes de um esgotamento abrupto. Esta tendncia se inverte medida em

que o carregamento aumenta. As extremidades da estaca apresentam-se pouco


37/160

mobilizadas enquanto que os mximos se do na sua parte central, num aspecto

similar a uma curva em forma de sino.

Em trabalho clssico sobre transferncia de carga VESIC, 1970b (apud

FONTOURA 1982) atesta que a condio necessria e suficiente para se calcular a

transferncia de carga da estaca para o solo obtida atravs da prova de carga

instrumentada, com dados sobre a distribuio de carga axial e do deslocamento axial

da estaca, ambos ao longo de todo o seu comprimento.

Pelo menos em parte esta afirmativa tem origem mais remota (SEED &

REESE, 1957), onde so estabelecidas curvas bsicas relacionando as tenses laterais

com os deslocamentos correspondentes, servindo como base para o mtodo clssico

de COYLE & REESE (1966).

FIGURA 2.3 Variao do atrito lateral com a profundidade, para diversos nveis de carregamento(FONTOURA, 1982)


38/160

No j referido trabalho de VESIC (1970b) so sugeridas algumas curvas

tpicas da distribuio do atrito lateral ao longo da estaca, como se v na FIGURA 2.4.

Embora sendo um meio oneroso, a instrumentao o caminho mais

confivel para se chegar s frmulas de capacidade de carga. Mesmo possuindo

embasamento emprico, nelas estaria embutido o comportamento mais fiel da

verdadeira distribuio da resistncia da estaca.

FIGURA 2.4 Curvas tpicas de distribuio de fs(VESIC, 1970b, apudSANTOS JR., 1988)

A este respeito, v-se em FONTOURA (1982) uma anlise comparativa entre

os resultados obtidos pela aplicao de frmulas empricas tradicionais (AOKI &

VELLOSO, 1975); DCOURT & QUARESMA, 1978; VELLOSO, 1981) e os

resultados obtidos atravs de provas de carga em estacas instrumentadas.

interessante a concluso de que os mtodos empricos superestimam a capacidade de

carga em aproximadamente 20% e que, alm do mais, os erros encontrados na


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estimativa das resistncias, lateral e de ponta, so bem superiores, porm

autocompensveis.

FIGURA 2.5 Relao tenso lateral x deslocamento (FONTOURA, 1982)

FIGURA 2.6 Relao tenso lateral x deslocamento

(COYLE & SULAIMAN, 1967)

FIGURA 2.7 Relao tenso lateral x

deslocamento (REESE et al., 1976)

As figuras anteriores (FIGURA 2.5, FIGURA 2.6 e FIGURA 2.7) foram

inseridas como juzo crtico, para serem utilizadas posteriormente como referencial de

comparao.


40/160

No se pode inferir qualquer regra que generalize o comportamento dessas

curvas, exceto que a resistncia lateral crescente para deslocamentos muito pequenos

(da ordem de poucos mm), estabilizando-se ou decrescendo a partir de ento.

Entretanto, os fatos aleatrios predominam, sendo observveis curvas de valor

crescente, mesmo para deslocamentos bem superiores.

frequente encontrar curvas que se interceptam e outras que passam por um

mximo aps um deslocamento muito pequeno e depois caem a zero ou a nveis

estabilizados bastante baixos.

Em nenhum desses casos foi apresentada qualquer explicao conclusiva e as

observaes tem se revelado muito passivas a este respeito. As discusses ficam

sempre em aberto, como se os resultados fossem casusticos ou consequncia doimpondervel. E, de fat6o, a questo parece escapar a qualquer ideia de generalidade.

2.6.2 Parmetros bsicos da transferncia de carga

2.6.2.1 Resistncia mobilizada de ponta

Nos estgios iniciais de carregamento a carga aplicada no topo da estaca

inteiramente absorvida por atrito, sendo que as camadas superiores recebem o mximo

(MOHAN et al., 1963). medida em que o carregamento prossegue, uma parte

comea a ser transferida para a ponta e, em determinado estgio, quando a estaca

cisalha o solo, uma parcela de carga transferida para a ponta. Esta fase corresponde

ao esgotamento de sua capacidade de resistncia lateral.

A resistncia oferecida por atrito, pelo solo, nos estgios iniciais de

carregamento, cresce at uma certa profundidade e depois diminui. O comportamento

descrito singularmente idntico a um ensaio de cisalhamento direto em laboratrio,

quando se observa a resistncia residual inferior resistncia de pico.

Como se constata, a carga transferida para a ponta baixa. Seguem sugestes

de alguns autores: 1) REESE et al., 1969: 25% da carga no topo; 2) TOH et al., 1989:

10% a 20% da carga no topo; 3) CHANG & BROMS, 1991: 10% da carga no topo

(para estacas escavadas).


41/160

Numa situao particular de estaca escavada em solos colapsveis aps

inundao no foram localizadas recomendaes a este respeito.

2.6.2.2 Resistncia lateral mobilizada

A variao do mdulo no drenado afeta a distribuio da transferncia decarga, sem, contudo, impor qualquer vinculao com a distribuio da resistncia ao

cisalhamento.

Para estacas curtas, a proporo dos deslocamentos de ponta, em relao ao

comprimento da estaca, aumenta. LLOYD & GOWAN (1975) usam este ltimo fato

como um argumento para explicar o porqu da maior transferncia de carga por atrito

lateral nas proximidades da base, em relao ao topo.

Porm, consensual que existe bem pouca transferncia de carga para a ponta

at que a mxima resistncia lateral seja esgotada. medida em que a estaca

progressivamente descarregada, observa-se menos carga na sua superfcie lateral,

havendo menos perda de carga na ponta (ORIORDAN, 1982).

REESE et al. (1976), em estacas escavadas de grande dimetro, encontraram

65% da carga total sendo resistida por atrito lateral.

2.6.2.3 Movimentos necessrios para a mobilizao de carga

Diversos autores manifestam opinies acerca dos movimentos requeridos para

mobilizar as resistncias, lateral e de ponta. Um resumo das principais contribuies

apresentado nas TABELAS 2.1 e 22 apresentadas a seguir.

Este assunto tambm no encontra registros acessveis no caso de estacas

escavadas em solos colapsveis aps inundao.

TABELA 2.1 Movimentos necessrios para mobilizao da resistncia de pontaAUTOR ANO DESLOCAMENTOS OBSERVAES

COOKE & WHITAKEER 1961 (0,1 a 0,15) x Db -COYLE & REESE 1966 0,1 x D -

VESIC 1975 -Proporcional ao comprimentoda estaca

WOODWARD et al. 1972 -Descartam deslocamentos deponta para as cargas de trabalho

LLOYD & GOWAN 1975 0,1 x D -


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REESE et al. 1976 25,0 a 3,08 mmEstacas escavadas de grandesdimetros

AURORA & REESE 1977 (0,05 a 0,1) x D -

TABELA 2.2 Movimentos necessrios para mobilizao da resistncia lateralAUTOR ANO DESLOCAMENTOS OBSERVAES

DUBOSE 1957 2,5 mm Comparvel com o ensaio decisalhamento diretoSKEMPTON 1959 10,0 mm Escavadas em argilaLLOYD & GOWAN 1975 5,0 mm -

REESE et al. 1976 6,0 a 13,0 mmUsar limite inferior para estacasescavadas de grande dimetroem argilas silto-arenosas

MEYERHOF 1976 6,0 a 13,0 mm Estacas curtasMEYERHOF 1976 1,5 a 6,0 mm Estacas longasWHITAKER & COOKE 1966 5,0 a 6,0 mm -ONEILL & REESE 1972 5,0 a 10 mm -ORIORDAN 1982 2,00 MM Argilas de LondresORIORDAN 1982 1,5 mm Areias

2.7 PROVAS DE CARGA

2.7.1 Finalidades, procedimentos e mtodos

As provas de carga so realizadas visando, principalmente, os objetivos de: 1)

prover dados para projetos; 2) avaliar fundaes j executadas em uma determinada

obra; 3) estudar as caractersticas de comportamento do conjunto solo-estaca.

neste ltimo objetivo que se inserem as pesquisas acadmicas com maiorfrequncia.

Muitos so os procedimentos que podem ser seguidos para sua execuo. Os

mais citados so: ABNT (1986); ASTM (1981); FELLENIUS (1975); FELLENIUS

(1980); MOHAN et al. (1967); VAN WEELE (1957); WHITAKER (1957);

WHITAKER (1963); WHITAKER & COOKE (1962).

Os modos de conduzi-las costumam merecer um critrio de classificao

como segue:

Primeiro tipo: SML (slow maintained load), ou ensaio lento

conduzida a incrementos iguais at determinado nvel de carga, superior

carga de trabalho. A partir de uma definio de estabilizao de recalques cada


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estgio deve ser sustentado at que ela seja alcanada. A perfeita obedincia aos

critrios de estabilizao necessria para melhor interpretao dos resultados em

termos de fluncia (FERREIRA & LOPES, 1985). H bastante consistncia nos

argumentos que justificam certas vantagens inerentes a este mtodo. Analisando-se o

real comportamento das fundaes pode-se, de imediato, separ-las em dois grupos: 1)

as que so submetidas a um carregamento lento e de longa durao; 2) as que so

sujeitas a cargas rpidas ou dinmicas (vento, ondas, choques). Sendo a resistncia ao

cisalhamento das argilas dependente da velocidade de carregamento, o

comportamento das estacas instaladas em solos argilosos dever ser tambm

dependente da velocidade de carregamento.

Verifica-se, em ensaios, que cargas aplicadas rapidamente tendem a produzir

um aumento da capacidade de carga, bem como da rigidez do sistema solo-estaca,

capaz de modificar as relaes entre as cargas e os recalques. Isto induz a acreditar

que as provas de cargas lentas so mais realistas (BRIAUD & GARLAND, 1985,

apudMILITITSKY, 1991).

Nas situaes onde se aguarda a plena estabilizao dos recalques, o

comportamento carga x recalque diferente daquelas onde essa estabilizao no

respeitada (LOPES, 1986).

Segundo tipo: QML (quick maintained load), ou ensaio rpido

Neste tipo a estaca carregada em incrementos iguais at determinado nvel

de carga, superior de trabalho, devendo cada estgio ser mantido por um intervalo de

tempo pr-fixado. FELLENIUS (1975) sugere vinte estgios, cada um da ordem de

15% da carga de trabalho prevista, com manuteno por 15 minutos e leitura dos

deslocamentos de 3 3 minutos.

Terceiro tipo: CRP (constant rate of penetration)

Neste tipo de ensaio a estaca forada a recalcar em velocidade constante,

medindo-se a fora necessria. O ensaio deve ser conduzido at um certo nvel de


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deslocamentos, varivel de 50 mm a 75 mm. WHITAKER (1957) indica que o

carregamento deve ser aplicado at que a carga no mais cresa com a penetrao.

Quarto tipo: CLT (cyclic load test)

A estaca carregada at 1/3 da carga de projeto e em seguida descarregadapara a metade deste valor. O ciclo repetido por 20 vezes, a partir do qual

aumentado o valor de pico da carga em 50%. O procedimento se repete at a ruptura.

2.7.2 Definio da carga de ruptura

uma das questes mais controvertidas da Engenharia de Fundaes. No h

uma definio de consenso e tampouco o simples traado da curva carga x recalque

mostra-se suficiente para encontrar uma convergncia de opinies (VAN WEELE,

1982). Mesmo porque a carga ltima dependente da escala grfica adotada (VAN

DER VEEN, 1953), alm de outros fatores, sendo o tempo o mais importante.

No Brasil o critrio da NBR 6121/86 coincidente com o adotado pelo

CANADIAN FOUNDATION ENGINEERING MANUAL PART 3 (1975) e fixa o

valor da carga ltima (Pu) em funo da deformao elstica da estaca (parcela

P.L/E.A) e de seu dimetro:

30.. DAELPPu += (2.3)

Outras definies de ruptura, colocadas disposio para interpretao das

provas de carga podem ser destacadas:

1) DE BEER (1967): a carga de ruptura corresponde ao ponto de mxima

curvatura da linha log(deslocamentos) x log(p)

2) VAN DER VEEN (1953): postula que o comportamento carga x

recalque matematicamente consistente com a funo:

)1( .au ePP = (2.4)

A definio de VAN DER VEEN (1953), por ser puramente terica,

permite extrapolar os resultados de uma prova de carga, obtendo-se o


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valor de ruptura quando o parmetro a, que define o formato da curva

exponencial, fica definido.

3) FELLENIUS (1975): a carga de ruptura aproximadamente definida

pelo ponto de interseo de duas tangentes, sendo uma ao trecho inicial e

outra ao trecho final da curva carga x recalque

4) ZEEVAERT (1972): a carga de ruptura pode ser dada,

aproximadamente, por um ponto bem definido da mudana de

comportamento do solo, que se manifesta em um grfico log p x log

recalque, atravs de uma deflexo brusca

5) CHELLIS (1961): a carga de ruptura aquela onde a curva carga x

recalque tem uma inclinao de aproximadamente 0,13 mm/kN.

Esta ampla faixa de definies tem produzido uma intensa confuso nos

meios tcnicos. A adoo de critrios diferentes leva a valores igualmente

diferenciados na obteno da carga ltima. VAN WEELE (1982) divulga os

resultados de interpretao de diversos especialistas renomados em uma prova de

carga. H discrepncias que vo de 4050 kN a 7050 kN, sem nenhuma coincidncia.

2.8 MTODOS DE SEPARAO DAS PARCELAS DE RESISTNCIA

LATERAL E DE PONTA

Quando uma prova de carga realizada sobre uma estaca instrumentada no

fuste, as parcelas do atrito lateral e de ponta, componentes da resistncia total

mobilizada pela estaca, podem ser facilmente obtidas para qualquer estgio de

aplicao do carregamento.

Este estudo fundamental para anlise do comportamento carga x recalque

de fundaes profundas. VARGAS (1983) apresenta uma discusso exaustiva sobre o

assunto, cujos primrdios podem ser remetidos a REESE et al. (1951) eCAMBEFORT (1953). Algumas das primeiras referncias brasileiras so: VELLOSO

et al. (1978), COSTA NUNES et al. (1979), GAMA E SILVA et al. (1982) e

FONTOURA et al. (1982).


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VARGAS (1983) apresenta um aspecto idealizado do comportamento carga

de ponta x recalque e carga lateral x recalque e fornece um modelo que permite

fazer esta separao. Porm, em que pese a consistncia matemtica da proposta, ela

no aplicvel aos casos onde a distribuio da resistncia lateral unitria seja

varivel ao longo do fuste.

FONTOURA (1982) mostra a separao das cargas, lateral e de ponta, para

estaca escavada de grande dimetro em solo argiloso com N. A. elevado

(aproximadamente 8 m) e o que se percebe o crescimento de ambas as resistncias.

As curvas so praticamente paralelas aps a fase de deformaes elsticas do sistema.

Processos clssicos para esta separao, em estacas sem instrumentao, so

devidos a VAN DER VEEN & BOERSMA (1957), VAN WEELE (1957) e MOHANet al. (1963). VELLOSO (1981) tambm sugere HANNA (1971) e WOODWARD et

al. (1972).

2.9 MTODOS DE PREVISO DA CURVA CARGA x RECALQUE

O melhor conhecimento possvel da curva carga x recalque preconizado

como uma ferramenta indispensvel na definio da carga admissvel.

FIGURA 2.8 Carga admissvel de estacas segundo a NBR 6121 (ALONSO, 1991)

A FIGURA 2.8 evidencia, principalmente, que a carga admissvel de uma

estaca aquela que, aplicada mesma, produz apenas recalques tolerveis pela


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estrutura e ainda que, concomitantemente, representa segurana contra a ruptura do

solo.

No entanto, apesar de sua importncia, notado com frequncia que a

previso da curva carga x recalque tem sido desprezada em favor da determinao

da carga ltima. Registre-se, porm, a disponibilidade de uns tantos mtodos para este

fim, sendo dignos de meno: AOKI & LOPES (1975), POULOS & DAVIS (1980) e

GAMA E SILVA et al. (1982).

Mais recentemente, surgiram alguns modelos hiperblicos bastante

interessantes (TEJCHMAN & GWIZDALLA, 1988; HIRAYAMA, 199), porm

redundantes em suas finalidades, j que, semelhana dos mtodos clssicos de

previso teoria de carga ltima tambm requerem o uso de constantes de ajustamentoe fatores de correo, dependentes de resultados de ensaios (Q, SPT, CPT,

principalmente este ltimo).

2.10 ESTACAS SUJEITAS A CARREGAMENTOS MLTIPLOS.

TENSES RESIDUAIS

Alguns programas de pesquisas desenvolvidos em Universidades impem

como o caso a necessidade de ensaiar uma mesma estaca por diversas vezes, com

o escopo de simular diferentes situaes. Assim, as estacas escavadas passam por um

processo de crescentes incrementos na mobilizao da resistncia de ponta, havendo

ainda evidncias de memorizao de tenses residuais provenientes de carregamentos

anteriores.

As cargas residuais exercem uma importante influncia no comportamento de

estacas escavadas. Surgem por causa de diferenas nas taxas de mobilizao no fuste e

na ponta, medida em que a estaca deslocada, seja durante a instalao, seja por

ao de carregamento compresso (COOKE, 1979a). Em estacas escavadas, estas

foras residuais podem resultar da retrao do concreto, tracionando o fuste, para

equilibrar foras compressivas existentes no solo envolvente. Assim, o papel destas

foras reduzir a magnitude da componente de ponta, registrando-se casos onde a

transferncia de tenses negativa na parte superior do fuste.


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Ainda segundo COOKE (1979a) as cargas residuais em estacas escavadas so

pequenas. Em provas de carga compresso sua magnitude raramente ultrapassa o

peso do concreto fresco da estaca. A carga mobilizada pela ponta uma frao

bastante pequena da carga de trabalho.

Uma reviso abrangente sobre o assunto indica o interesse de alguns

pesquisadores pelo tema, notadamente a partir dos anos 60.

WHITAKER & COOKE (1966) indicam que, na descarga de uma prova de

carga em solo argiloso, o fuste permanece em compresso sob a ao de uma carga

residual na base. Em decorrncia, mobilizado atrito negativo. Esta condio de

equilbrio, necessria em estacas escavadas aps serem recalcadas sob carregamento,

similar quela que existe imediatamente aps a instalao de uma estaca cravada.KRISEL & ADAM (1969) tambm registram a existncia de carga residual

na ponta, de considervel magnitude (praticamente igual reao de ponta original).

Aparentemente, a primeira verificao experimental do fenmeno de cargas

residuais e sua adequada quantificao se deve a HUNTER & DAVISSON (1969).

Relatam a existncia de foras de trao (aparentes), de considervel intensidade, na

base de estacas cravadas em solo arenoso, em provas de carga compresso sucedida

por trao. O inexplicvel significado fsico desta ocorrncia levou os autores

interpretao de que o seu aparecimento devia-se no considerao de cargas

residuais na interpretao das provas de carga.

Tambm ONEILL & REESE (1972) descrevem um caso de uma estaca

escavada, isolada, carregada com 1300 kN, dos quais 450 kN foram transferidos para

a ponta. Aps a descarga, houve reteno de 200 kN.

HANNA & TAN (1973) concluram que a magnitude do diagrama carga xrecalque para uma estaca influenciada pelo estado de tenses residuais e que

tambm o comportamento da estaca depende de sua histria de carregamento.

O fecho da primeira parte de tais concluses dado por VESIC (1977) que

indica serem as cargas residuais a resultante de uma concentrao de resistncia lateral


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na parte superior do fuste, podendo produzir uma substancial reduo nos recalques.

Esse autor relata duas experincias, uma envolvendo grupos de estacas cravadas em

solo variado, onde os recalques obtidos foram da ordem de 1/6 dos previstos por

mtodos convencionais e uma outra, em estacas isoladas, onde tambm a considerao

da carga residual levou ao resultado de apenas 1 cm de recalque, contra uma previso

de 2,5 cm no caso de no ser levada em conta.

DARRAG & LOVELL (1989) ressaltam que as tenses residuais so

provenientes de um mecanismo carga descarga recarga na instalao das estacas

cravadas. Detalhes deste fenmeno podem ser encontrados em BRIAUD & TUCKER

(1984). Embora a existncia de tenses residuais no afete a capacidade de carga total

das estacas, elas podem alterar significativamente os mecanismos de transferncia de

carga, nas cargas de trabalho, em um certo nvel de deformaes, afetando ainda os

recalques e a cravabilidade. Sugerem que a interpretao dos resultados de uma prova

de carga poder ser errnea se a transferncia de carga real no for observada.

A proporo da carga de trabalho carregada pela ponta, comparada com

aquela mobilizada pelo fuste, poder bastante elevada no caso de estacas curtas. Neste

caso, a relao recalque/dimetro da estaca, para esta carga de trabalho, poder ser

superior a 0,3%. Quando a relao comprimento/dimetro maior do que 10, a

estaca passa a ter caractersticas de estaca de atrito e ento a relao

recalque/dimetro estabiliza em torno de 0,22%. Tais observaes constam do

trabalho de COOKE (1979a).

Dentre os vrios mtodos disponveis para avaliar as tenses residuais

destacam-se:

1) Medies diretas (RIEKE & CROWSER, 1987), de pouco uso

2) Avaliao indireta, usando uma sequncia de provas de carga compresso e trao, onde se assume que os ensaios trao no

produzem tenses residuais e que a distribuio do atrito lateral no

carregamento a mesma nos descarregamentos (HUNTER &

DAVISSON, 1969)


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3) Correlaes com o SPT, que um mtodo expedito, porm muito

simplista. Ademais, no considera alguns parmetros de reconhecida

influncia neste processo (BRIAUD & TUCKER, 1984)

4) Mtodo dos elementos de fronteira (POULOS, 1987) e mtodo da

anlise da equao de ondas (HOLLOWAY et al., 1975).

Em termos brasileiros, h que se registrar algumas contribuies relevantes

nesta rea.

MASSAD (1991a) analisa o verdadeiro comportamento da ponta de uma

estaca submetida a novo carregamento, verificando a existncia de carga residual j no

incio do segundo carregamento, como se v na FIGURA 2.9a.

Outro objetivo desse trabalho demonstrar a validade das conhecidas relaesde CAMBEFORT (1964) FIGURAS 2.10b e 2.10c envolvendo atrito lateral x

deslocamentos e reao de ponta x deslocamentos.

FIGURA 2.9 a) curvas de transferncia de carga do primeiro carregamento; b) curvas detransferncia de carga do segundo carregamento (MASSAD, 1991a)

A FIGURA 2.10a mostra os resultados obtidos por MASSAD (1991a),

podendo-se notar uma razovel aproximao entre o modelo e os dados observados.


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Uma concluso importante constatada nesse trabalho que a reao de ponta de

estacas escavadas, submetidas a um novo carregamento, muito pequena no momento

em que o atrito lateral atinge o seu mximo. Para o carregamento seguinte, elas

reagem com uma carga de ponta bem superior, denotando a ocorrncia de resduo do

primeiro carregamento. Apresentam-se, a seguir, as referidas figuras.

FIGURA 2.10 a) mobilizao da resistncia lateral (unitria) em funo dos deslocamentos; b) leisou relaes de CAMBEFORT (1964) para o atrito late4ral; c) idem, para a reao de ponta(MASSAD, 1991a)

A quantificao das cargas residuais de ponta sugerida por MASSAD

(1991a) atravs da expresso:

rp yRQ .2, = (2.5)

Onde:

Qp,2 = carga residual no segundo carregamento


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R = parmetro de CAMBEFORT (em MASSAD, 1991c, feita uma proposta

para sua avaliao em termos do SPT)

yr= deslocamento residual ou elstico, ao final do carregamento anterior.

Nota-se, assim, que a previso da carga residual de ponta pode ser feita com

bastante simplicidade, desde que se conhea o SPT na regio da ponta da estaca e os

resultados de uma prova de carga anterior.

A anlise de dados de provas de carga em estacas submetidas a carregamentos

mltiplos fica facilidade com a intermediao de dois parmetros importantes, que so

R (equao 2.5) e B (equao 2.6).

)]

.

.()[(4

2

pE

DB

D

h

k=

(2.6)

Onde:

h, D = altura e dimetro da estaca, respectivamente

B = parmetro de CAMBEFORT (1 relao), tambm definido por

MASSAD (1991c) em funo

comportamento de estacas em solos colapsiveis

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