estudo de caso - capacidade de carga geotécnica em estacas hélice continua

1

AP&L GEOTECNIA E FUNDAÇÕES WWW.APL.ENG.BR

AV. AMÉRICO MARTINS, 70 – MONTES CLAROS-MG – 0800-033-0119

R.T. Eng. Geotécncio Prof. Edgar Pereira Filho

ESTUDO DE CASO CAPACIDADE DE CARGA GEOTÉCNICA EM ESTACAS HÉLICE CONTÍNUA

MÉTODO DE CALCULO ANTUENS E CABRAL

Este estudo de caso está organizado em 7 capítulos, assim estruturados:

CAPÍTULO 1: Objetivo deste relatório. CAPÍTULO 2: Compreende o projeto de fundações LOCAÇÃO DAS ESTACAS e MAPA DE CARGA, elaborado pelo TJMG RT HENRIQUE TEIXEIRA MORATO sendo projetadas 76 estacas do tipo Hélice Contínua com diâmetro de 35 cm. CAPÍTULO 3: São apresentados os relatórios das perfurações feitas no ensaio à percussão de cinco furos, F01, F02, F03, F04 e F05, fornecidos pela empresa Geoservice Geotecnia e Fundações LTDA, bem como a planta de situação dos furos de sondagem. Alem disso, é mostrada a divisão do terreno em regiões representativas que auxiliarão no procedimento de avaliação da capacidade de carga das fundações. CAPÍTULO 4: É descrito o método semi-empírico utilizado nesse estudo para estimativa da capacidade de carga geotécnica com aplicação nas estacas do tipo hélice contínua da obra do Fórum do TJMG- Tribunal de Justiça de Minas Gerais a ser executada. CAPÍTULO 5: Dados do sistema de monitoramento das estacas fornecido pela empresa AP&L Geotecnia e Fundações. CAPÍTULO 6: São apresentados os resultados da capacidade de carga geotécnica calculados através da metodologia apresentada por Antunes e Cabral em 1996 para as estacas do tipo hélice contínua. CAPÍTULO 7: São apresentadas as principais conclusões do estudo juntamente com a verificação da capacidade de carga geotécnica para as solicitações estruturais apresentado no mapa de carga no capítulo 5.

2




REFERÊNCIAS: São listadas as referências do método semi-empírico utilizada para o cálculo da capacidade de carga das estacas e a norma regulamentadora.

Capítulo 1

Objetivo do relatório

É descrito, a seguir, o objetivo geral que enseja o estudo desse relatório. 1.1) Objetivo geral:

Garantir, pelo método de previsão de capacidade de carga geotécnica de Antunes e Cabral (1996), que as fundações da obra em estacas escavadas do tipo Hélice Contínua tenham capacidade de carga geotécnica maior ou igual a carga solicitada pela estaca. Informação presente no mapa de carga do projeto executivo.

Obra: Fórum TJMG – Tribunal de Justiça de Minas Gerais em Taiobeiras/MG.

3




Capítulo 2

Segue abaixo, o projeto de fundações elaborado pela empresa Porto Seguro

LTDA. A planta de locação e cargas contempla um total de 76 elementos de fundação,

sendo todos em estacas do tipo hélice contínua, com diâmetro de 35 cm. Os diâmetros das estacas foram alterados de 35 cm para 40 cm devido a variação

de escala dos diâmetros dos trados serem de 10 cm. Optou-se pela alteração em favor da segurança alterando o diâmetro para 40 cm ao invés de 30 cm.

Obra: Fórum do tribunal de Justiça de Minas Gerais, em Taiobeiras – MG.

4




5




Capítulo 3

Para a caracterização das camadas do solo de fundação, são descritas as sondagens à percussão SPT relativas ao estudo em questão nas imagens 01 a 09. Foram realizadas na área do terreno do fórum do Tribunal de Justiça de Minas Gerais em Taiobeiras/MG, as quais serviram de base para a elaboração do projeto estrutural e geotécnico. As mesmas foram realizadas pela empresa Geoservice Geotecnia e Fundações LTDA.

Imagem 01 – Sondagem SPT do furo F01

6




Fonte: Geoservice Geotecnia e Fundações LTDA. Imagem 02 – Sondagem SPT do furo F02

7




8




Fonte: Geoservice Geotecnia e Fundações LTDA. Imagem 03 – Sondagem SPT (Continuação furo F02)

9




Fonte: Geoservice Geotecnia e Fundações LTDA.

10






11




magem 05 – Sondagem SPT (Continuação furo F03)


12






13




Imagem 07 – Sondagem SPT (Continuação furo F04)


14






15




Imagem 09 – Sondagem SPT (Continuação furo F05)


16




Como mostrado acima, para o empreendimento em questão foram realizados 5 furos de sondagem em toda a região, apresentado pela empresa Geoservice Geotecnia e Fundações LTDA . A imagem 10 abaixo contempla a planta de situação da área de construção do fórum do TJMG em Taiobeiras-MG, juntamente com a localização dos furos da sondagem à percussão. Imagem 10 – Planta de situação das sondagens.


17




A partir da planta de locação dos furos de sondagem do terreno em questão, foram identificadas as regiões representativas de cada furo (Imagem 11) que delimitam as áreas com mesma característica geotécnica necessárias na definição das profundidades teóricas das estacas para uma carga máxima de compressão (32 toneladas) definida no projeto estrutural. (capítulo 4).

Imagem 11 – Regiões representativas do terreno

Fonte: TJMG modificado pelo autor em 09 de Junho de 2015.

As profundidades teóricas foram obtidas mediante as características investigadas do furo mais próximo, garantindo as propriedades geotécnicas mais realísticas possíveis. Abaixo, são descritos na tabela 2 as áreas de influência dos furos F01 a F05 para cada elemento de fundação.

18




Tabela 2 – Comprimentos teóricos das estacas.

Estaca L(m) Estaca L(m) Estaca L(m) Estaca L(m)

EA1 20 EA21 18 EA41 20 EB1 18

EA2 20 EA22 20 EA42 20 EB2 18

EA3 20 EA23 20 EA43 19 EB3 18

EA4 20 EA24 20 EA44 19 EB4 18

EA5 20 EA25 20 EA45 19 EB5 18

EA6 18 EA26 20 EA46 19 EB6 18

EA7 18 EA27 19 EA47 19 EB7 18

EA8 20 EA28 19 EA48 19 EB8 18

EA9 20 EA29 19 EA49 20 EB9 18

EA10 20 EA30 20 EA50 18 EB10 18

EA11 20 EA31 20 EA51 19 EB11 18

EA12 20 EA32 20 EA52 19 EC1 18

EA13 19 EA33 20 EA53 19 EC2 18

EA14 18 EA34 20 EA54 19 EC3 18

EA15 20 EA35 20 EA55 19 EC4 18

EA16 20 EA36 19 EA56 19 EC5 18

EA17 20 EA37 19 EA57 19

EA18 20 EA38 20 EA59 20

EA19 20 EA39 20 EA60 20

EA20 19 EA40 20 EA61 20

Fonte: Elaborado pelo autor.

19




Conforme exposto na Tabela 2 acima, a profundidade de escavação das estacas hélice contínua com diâmetro igual a 40 cm variam entre 18, 19 e 20 metros de profundidade.

Os parâmetros dos solos, retirados dos perfis de sondagem são descritos conforme tabelas 3 abaixo.

Tabela 3.1 - Dados do solo para os furos F01, F02 e F03.

sp-1 sp-2 sp-3 PRF. M SPT SOLO MEDIA 18

PRF. M

SPT

SOLO MEDIA 18

PRF. M

SPT

SOLO MEDIA 19

1 2 arg

2,22

1 3 arg

3,00

1 2 arg

2,91

2 2 arg 2 2 arg 2 3 arg 3 2 arg 3 8 arg 3 4 arg 4 4 arg 4 4 arg 4 5 arg 5 3 arg 5 2 arg 5 4 arg 6 1 arg 6 1 arg 6 2 arg 7 1 arg 7 2 arg 7 1 arg 8 2 arg 8 1 arg 8 1 arg 9 3 arg 9 4 arg 9 2 arg

10 4 sil

8,63

10 4 arg 10 4 arg 11 3 sil 11 2 arg 11 4 arg 12 2 sil 12 1 sil

13,17

12 2 sil

12,57

13 2 sil 13 4 sil 13 2 sil 14 1 sil 14 10 sil 14 1 sil 15 1 sil 15 10 sil 15 2 sil 16 24 sil 16 21 sil 16 18 sil 17 32 sil 17 33 sil 17 26 sil 18 45 sil 18 35 sil 18 37 sil 19 45 sil 19 33 sil 19 46 sil 20 46 sil 20 36 sil 20 45 sil

21 44 sil 21 46 sil


20




Tabela 3.2 - Dados do solo para os furos F04 e F05.

sp4 sp-5 PRF. M SPT SOLO MEDIA 20

PRF. M SPT SOLO MEDIA 18

1 3 arg

2,73

1 3 arg

3,20

2 4 arg 2 2 arg 3 4 arg 3 5 arg 4 4 arg 4 4 arg 5 4 arg 5 5 arg 6 2 arg 6 6 arg 7 2 arg 7 2 arg 8 1 arg 8 1 arg 9 1 arg 9 2 arg

10 4 arg 10 2 arg 11 1 arg 11 2 sil

9,43

12 1 sil

11,25

12 1 sil 13 2 sil 13 4 sil 14 4 sil 14 1 sil 15 4 sil 15 3 sil 16 12 sil 16 10 sil 17 11 sil 17 45 sil 18 11 sil 18 36 sil 19 45 sil 19 42 sil 20 45 sil 20 43 sil 21 45 sil 21 40 sil 22 45 sil


21




Capítulo 4 A verificação da segurança em relação à ruptura geotécnica das fundações

profundas da obra em referência foi desenvolvida a partir de formulações semiempiricas que prevêem, com maior nível de segurança, a capacidade de suporte dessas fundações.

Abaixo são apresentadas as correlações propostas por Antunes e Cabral (1996) e

que serão aplicadas no capítulo 6, tendo como base os dados dos documentos fornecidos descritos nos capítulos 3, 4 e 5. Tal método semi empírico, relaciona os resultados da sondagem a percussão diretamente com a capacidade de carga das estacas.

Segundo a NBR6122/2010, a capacidade de carga geotécnica das estacas(Pr) corresponde a máxima resistência oferecida pelo sistema solo-estaca, e é dada pela soma algébrica de duas parcelas: a parcela de carga resistida pela ponta da estaca (Pp), e a parcela de carga resistida pelo atrito lateral ao longo do fuste(Pl). (Equação 1) Os resultados variam de acordo com o tipo de terreno, e do tipo e geometria da estaca.

No método específico para previsão da capacidade de suporte de estacas do tipo hélice contínua, os autores Antunes & Cabral(1996) propõem as correlações apresentadas nas equações 2 e 3 descritas abaixo, utilizando, para tanto, a conceituação proposta na equação 1 acima.

(Equação 2) onde:

= diâmetro da estaca; = comprimento da estaca embutida na camada; = número de golpes de SPT; = Coeficiente para o cálculo de atrito lateral que depende do tipo de solo. (Tabela 1)

(Equação 3) Onde:

22




= Nspt próximo à ponta da estaca; = coeficiente para o cálculo da resistência de ponta que depende do tipo de solo.

(Tabela 1) Tabela 1 - Valores de e . (Antunes & Cabral,1996)

23




Capítulo 5 O sistema de monitoramento e controle de execução das estacas tipo hélice

contínua acoplado ao próprio equipamento de escavação, permite a avaliação do

andamento das fases de execução da estaca. Os dados foram fornecidos pela empresa

AP&L Geotecnia e Fundações.

Nas imagens 12 a 87 são apresentadas as folhas de controle geradas pela

monitoração da perfuratriz.

24




Imagem 12: Folhas de controle gerada pela monitoração da perfuratriz. (Estaca EA1)

Fonte : AP&L Geotecnia e Fundações.

25






26






27






28






29






30






31






32






33






34






35






36






37






38






39






40






41






42






43






44






45






46






47






48






49






50






51






52






53






54






55






56






57






58






59






60






61






62






63






64






65






66






67






68






69






70






71






72






73






74






75






76






77






78






79






80






81






82






83






84




Imagem 72: Folhas de controle gerada pela monitoração da perfuratriz. (Estaca EB1)


85






86






87






88






89






90






91






92






93






94






95




Imagem 83: Folhas de controle gerada pela monitoração da perfuratriz. (Estaca EC1)


96






97






98






99






100




Capítulo 6

Sabendo que o solo encontrado nas laterais de cada estaca não é o mesmo, a capacidade de carga por atrito lateral de cada uma delas é função do solo atravessado. Sendo assim, para cada uma das 76 estacas foi calculada uma capacidade de carga admissível baseada nos novos valores de profundidades reais encontrados, de forma a representar mais fielmente o que ocorre na realidade.

Na tabela 4 abaixo estão apresentados os resultados dos cálculos da capacidade

de carga de todas as estacas, através do método semi-empirico apresentado no capitulo 2 de Antunes & Cabral(1996).

O fator de segurança apresentado para carga admissível é de 2 (ABNT, 2010) Tabela 4 – Resultados da verificação da capacidade de carga das estacas.

Estaca Região

Representativa Profundidade

de Projeto profundidade

calculada profundidade

efetiva carga no

pilar

carga maxima

compressao carga

admissivel EA1 sp4 18 20 20,40 8 32 47,52 OK

EA2 sp4 18 20 20,72 17 32 48,08 OK EA3 sp4 18 20 19,36 24 32 39,95 OK EA4 sp4 18 20 19,92 15 32 46,67 OK EA5 sp4 18 20 20,16 15 32 47,09 OK EA6 sp2 18 18 18,08 11 32 40,61 OK EA7 sp2 18 18 18,16 11 32 40,78 OK EA8 sp4 18 20 20,16 16 32 47,09 OK EA9 sp4 18 20 20,08 30 32 46,95 OK

EA10 sp4 18 20 20,16 32 32 47,09 OK EA11 sp4 18 20 18,48 27 32 28,38 OK EA12 sp4 18 20 20,16 28 32 47,09 OK EA13 sp3 18 19 19,04 22 32 48,16 OK EA14 sp2 18 18 18,16 16 32 40,78 OK EA15 sp4 18 20 20,08 17 32 46,95 OK EA16 sp4 18 20 20,16 25 32 47,09 OK EA17 sp4 18 20 20,16 20 32 47,09 OK EA18 sp4 18 20 20,16 18 32 47,09 OK EA19 sp4 18 20 20,08 19 32 46,95 OK EA20 sp3 18 19 19,12 16 32 48,31 OK EA21 sp3 18 19 18,24 11 32 36,55 OK EA22 sp4 18 20 20,16 5 32 47,09 OK

101




EA23 sp4 18 20 20,16 9 32 47,09 OK EA24 sp4 18 20 20,16 12 32 47,09 OK EA25 sp4 18 20 19,04 11 32 39,63 OK EA26 sp4 18 20 20,16 13 32 47,09 OK EA27 sp3 18 19 19,12 16 32 48,31 OK EA28 sp3 18 19 19,12 17 32 48,31 OK EA29 sp3 18 19 19,12 9 32 48,31 OK EA30 sp4 18 20 20,24 12 32 47,23 OK EA31 sp4 18 20 20,16 13 32 47,09 OK EA32 sp4 18 20 20,08 9 32 46,95 OK EA33 sp4 18 20 20,08 12 32 46,95 OK EA34 sp4 18 20 20,08 9 32 46,95 OK EA35 sp4 18 20 20,08 15 32 46,95 OK EA36 sp3 18 19 19,12 21 32 48,31 OK EA37 sp3 18 19 19,12 16 32 48,31 OK EA38 sp4 18 20 16,80 14 32 14,88 OK EA39 sp4 18 20 20,16 19 32 47,09 OK EA40 sp4 18 20 19,52 10 32 45,96 OK EA41 sp4 18 20 20,08 12 32 46,95 OK EA42 sp4 18 20 20,08 12 32 46,95 OK EA43 sp3 18 19 19,04 22 32 48,16 OK EA44 sp3 18 19 19,12 25 32 48,31 OK EA45 sp3 18 19 19,12 14 32 48,31 OK EA46 sp3 18 19 18,56 15 32 44,38 OK EA47 sp3 18 19 19,12 21 32 48,31 OK EA48 sp3 18 19 19,04 18 32 48,16 OK EA49 sp4 18 20 19,44 13 32 40,03 OK EA50 sp5 18 18 18,40 10 32 38,22 OK EA51 sp3 18 19 19,36 14 32 48,79 OK EA52 sp3 18 19 19,04 12 32 48,16 OK EA53 sp3 18 19 19,12 5 32 48,31 OK EA54 sp3 18 19 19,04 9 32 48,16 OK EA55 sp3 18 19 18,88 8 32 45,01 OK EA56 sp3 18 19 19,20 16 32 48,47 OK EA57 sp3 18 19 19,20 7 32 48,47 OK EA59 sp4 18 20 20,08 17 32 46,95 OK EA60 sp4 18 20 20,16 21 32 47,09 OK EA61 sp4 18 20 20,08 16 32 46,95 OK EB1 sp1 18 18 18,16 17 32 42,55 OK EB2 sp1 18 18 18,16 21 32 42,55 OK EB3 sp1 18 18 18,24 9 32 42,66 OK

102




EB5 sp1 18 18 18,16 16 32 42,55 OK EB6 sp1 18 18 18,16 15 32 42,55 OK EB7 sp1 18 18 18,16 27 32 42,55 OK EB8 sp1 18 18 18,16 26 32 42,55 OK EB9 sp1 18 18 18,16 10 32 42,55 OK

EB10 sp1 18 18 18,16 13 32 42,55 OK EB11 sp1 18 18 18,16 13 32 42,55 OK EC1 sp2 18 18 18,16 11 32 40,78 OK EC2 sp2 18 18 18,24 10 32 40,94 OK EC3 sp2 18 18 18,16 16 32 40,78 OK EC4 sp2 18 18 18,16 22 32 40,78 OK EC5 sp2 18 18 18,16 7 32 40,78 OK

Total 1368 1459 1460,48

103




Capítulo 7

Realizadas as verificações da capacidade de carga geotécnicas, objeto deste relatório observou-se que duas estacas não atingiram a capacidade de carga máxima de compressão solicitada em projeto. São elas:

Estaca Região

Representativa Profundidade

de Projeto profundidade

calculada profundidade

efetiva carga no

pilar

Carga máxima

compressão carga

admissível EA11 sp4 18 20 18,48 27 32 28,38 OK EA38 sp4 18 20 16,80 14 32 14,88 OK

Apesar das estacas em questão não terem atingido a capacidade de carga

máxima de compressão solicitadas, a carga admissível na estaca já minorada pelo fator de segurança global é superior a carga efetivamente solicitada como apresentado no mapa de carga do TJMG, parte integrante deste parecer.

REFERÊNCIAS ABNT (2010). Projeto e execução de fundações: NBR-6122. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, RJ. ANTUNES, W.R & CABRAL, D.A. (1996). Capacidade de carga em estacas hélice contínua. 3º Seminário de Engenharia de Fundações e Geotecnia. São Paulo, 2: 105 - 109.

estudo de caso - capacidade de carga geotécnica em estacas hélice continua

Engineering