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GUSTAVO FIGUEIREDO DA COSTA
ANÁLISE DA ZONA DE PERTURBAÇÃO CAUSADA PELA
INSTALAÇÃO DE ESTACAS HELICOIDAIS EM SOLO
ARENOSO
NATAL-RN
2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Gustavo Figueiredo da Costa
Análise da zona de perturbação causada pela instalação de estacas helicoidais em solo arenoso
Trabalho de Conclusão de Curso na modalidade
Artigo Científico, submetido ao Departamento
de Engenharia Civil da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do Título de
Bacharel em Engenharia Civil.
Orientador: Prof. Dr. Yuri Daniel Jatobá Costa
Natal-RN
2017
Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN
Sistema de Bibliotecas – SISBI
Catalogação da Publicação na Fonte - Biblioteca Central Zila Mamede
Costa, Gustavo Figueiredo da.
Análise da zona de perturbação causada pela instalação de estacas helicoidais em solo arenoso / Gustavo
Figueiredo da Costa. - 2017.
19 f. : il.
Artigo científico (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Curso de
Engenharia Civil. Natal, RN, 2017.
Orientador: Prof. Dr. Yuri Daniel Jatobá Costa.
1. Estaca helicoidal - Artigo. 2. Penetrômetro dinâmico de Cone (DCP) - Artigo. 3. Radar de penetração de
solo (GPR) - Artigo. 4. Zona de influência - Artigo. I. Costa, Yuri Daniel Jatobá. II. Título.
RN/UF/BCZM CDU 624.154
.
Gustavo Figueiredo da Costa
Análise da zona de perturbação causada pela instalação de estacas helicoidais em solo arenoso
Trabalho de conclusão de curso na modalidade
Artigo Científico, submetido ao Departamento
de Engenharia Civil da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte como parte dos requisitos
necessários para obtenção do título de Bacharel
em Engenharia Civil.
Aprovado em 01 de dezembro de 2017.
___________________________________________________
Prof. Dr. Yuri Daniel Jatobá Costa – Orientador
___________________________________________________
Profa. Dra. Carina Maia Lins Costa – Examinadora interna
___________________________________________________
Eng. João Paulo da Silva Costa – Examinador externo
Natal-RN
2017
RESUMO
O presente artigo expõe um estudo sobre as características da zona de perturbação causada pela
instalação de uma estaca metálica helicoidal em um solo predominantemente arenoso. A
profundidade atingida pela estaca no terreno variou entre 2,37 e 2,77 m. Neste estudo foram
realizados ensaios penetrométricos com a utilização do penetrômetro dinâmico de cone (DCP)
e aquisições de radargramas usando um radar de penetração de solo (GPR). Os testes com o
DCP foram realizados antes e depois da instalação da estaca helicoidal em três locais distintos,
visando avaliar os efeitos da instalação por meio de medições da resistência à penetração do
solo. O penetrômetro permitiu determinar uma zona de influência equivalente a
aproximadamente 3 vezes o diâmetro da maior hélice da estaca, dentro da qual é possível
visualizar uma redução significativa da resistência do solo devido à instalação da estaca. Os
radargramas gerados com o GPR permitiram visualizar uma região compreendida entre a
superfície e a primeira placa helicoidal, com diâmetro similar à maior hélice, na qual houve
clara mudança de propriedades elétricas do solo após a instalação. Os resultados sugerem que
a passagem das hélices durante a instalação da estaca tornou o solo dessa região menos
compacto que o solo do entorno.
PALAVRAS-CHAVE: Estaca helicoidal, DCP, GPR, Zona de influência.
ABSTRACT
The present article presents a study on the characteristics of the zone of disturbance caused by
the installation of a helical pile in a sandy soil. The depth reached after installation varied
between 2.37 and 2.77 m. In this study, penetration tests with the use of dynamic cone
penetrometer (DCP) and radargram surveys using ground penetration radar (GPR) were
performed. The DCP tests were performed before and after the installation of a helical pile in
three different locations, aiming to evaluate the effects of the pile installation by measuring the
soil resistance to penetration. With the penetrometer results it was possible to determine a zone
of influence equivalent to approximately 3 times the diameter of the largest plate of the pile,
within which it is possible to visualize a significant reduction of the resistance of the soil, caused
by the installation of the pile. The GPR survey shows a region between the surface and the top
helical plate, with a diameter similar to that of the largest plate, where the installation process
promoted a clear change in the electrical conductivity of the soil. The results suggest that the
passage of the plates during the installation process left the soil inside this region less dense
than its surroundings.
KEYWORDS: Helical piles, DCP, GPR, Zone of influence.
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1. INTRODUÇÃO
Estacas helicoidais consistem de uma ou mais placas circulares em forma de hélices
fixadas a um tubo central (HOYT e CLEMENCE, 1989). Elas possuem como vantagens: a
demanda de pouca mão de obra; uso de maquinário pequeno e com fácil acesso a terrenos
acidentados e a possibilidade de instalação em variadas condições de solos (CARVALHO et al,
2016).
As estacas metálicas helicoidais são comumente utilizadas como fundações de torres de
transmissão de energia, contenção de escavações e sistema de sustentação em túneis. Ainda se
fazem vantajosas para o caso de o terreno possuir lençol freático elevado, visto que a instalação
não é afetada pela presença de água.
O movimento de corte que a passagem das hélices promove gera alterações no estado
do solo. O deslocamento provocado pelas hélices durante a instalação faz com que o solo
presente dentro do cilindro da projeção das mesmas tenha a quantidade de vazios elevada, o
que reduz sua compacidade ou consistência em relação ao solo fora do cilindro (MITSCH e
CLEMENCE 1985).
Em estruturas submetidas a grandes carregamentos, que utilizam estacas metálicas
helicoidais em sua fundação, é comum a utilização de grupos de estacas para haver distribuição
dos esforços atuantes. No caso de as estruturas estarem excessivamente próximas às adjacentes,
pode ocorrer redução da resistência da estaca devido a influência das outras localizadas no
entorno. Portanto, faz-se necessário conhecer o raio de influência da perturbação causada pela
instalação da estaca no solo, de modo a se evitar a interseção das zonas perturbadas.
O presente artigo tem como objetivo analisar a perturbação que as instalações de estacas
metálicas helicoidais causam no solo e determinar a extensão dessa zona de interferência em
um terreno composto por solo de predominância arenosa. Na pesquisa mediu-se a resistência à
penetração do solo com o auxílio de um penetrômetro dinâmico de cone (DCP), utilizado antes
e após a instalação da estaca helicoidal. Utilizou-se também um radar de penetração de solo
(GPR) para avaliar variações no perfil do terreno pós-instalação.
2. REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Estacas metálicas helicoidais
Uma solução para estruturas submetidas aos esforços de tração e compressão é a estaca
metálica helicoidal, a qual caracteriza-se por possuir uma haste metálica central (de seção
transversal circular ou quadrada), na qual são acopladas, por meio de soldas, hélices metálicas.
As estacas helicoidais são compostas por diversas peças de tamanho variado. As peças
chamadas de seções-guia possuem hélices. No primeiro elemento da instalação existe uma
ponta metálica chanfrada, que facilita a inserção do conjunto no solo. As peças denominadas
seções de extensão servem para promover a ligação entre as seções guia e a superfície,
permitindo atingir maior profundidade. A Figura 1 ilustra uma estaca típica de seção transversal
circular.
6
Figura 1 – Representação das seções de extensão e seção guia na estaca helicoidal.
Fonte: Adaptado de Santos Filho (2014).
A estaca helicoidal é utilizada corriqueiramente em países como EUA e Canadá em
edificações residenciais, comerciais e industriais. No Brasil, ganhou notoriedade após sua
utilização em torres de linhas de transmissão no projeto Rio Madeira, que contempla cerca de
10.000 torres ao longo de uma extensão de 2.375 km entre Porto Velho/RO e Araraquara/SP.
O projeto utilizou torres autoportantes e de eixo único, e a utilização de estacas helicoidais
mostrou-se necessária devido à grande variedade de condições dos terrenos (HUBBEL, 2013).
O número, os diâmetros e as posições das hélices são determinantes para a magnitude
da capacidade de carga da estaca (SINGH e MITAL, 2017).
As estacas helicoidais são instaladas no solo por aplicação do torque gerado no fuste.
As hélices penetram o solo por rotação, com o auxílio de um motor hidráulico. Recomenda-se
que a taxa de avanço seja igual a um passo da hélice por revolução (SANTOS FILHO, 2014).
Na medida em que a estaca é inserida no solo, seções de extensão são adicionadas. O
maquinário necessário para a instalação pode ser constituído de retroescavadeira com motor
hidráulico acoplado, perfuratriz ou até caminhão com trado motorizado adaptado.
O torque de instalação é diretamente proporcional à capacidade de carga da estaca
(TSUHA, 2007). Caso seja atingido o torque especificado em projeto, o processo pode ser
interrompido. O valor de torque durante a instalação pode ser acompanhado por um torquímetro
ligado ao maquinário.
Durante o processo deve ser aplicada pequena força axial constante de compressão, para
que se mantenha o avanço de um passo por rotação. Avanço insuficiente ou tração da estaca
podem promover redução da capacidade de carga da estaca. A taxa recomendada de avanço da
instalação é de 10 a 30 revoluções por minuto (PERKO, 2009).
Segundo ICC Evaluation Service (2007), o espaçamento mínimo recomendado entre
eixos de estacas helicoidais é de quatro vezes o diâmetro da maior hélice. Em distâncias
inferiores à mencionada, faz-se necessária a análise do efeito de grupo, pois a resistência do
conjunto pode ser inferior à soma da resistência individual de cada estaca.
Santos (2013) por meio do ensaio de CPT constatou redução da resistência do solo
devido a instalação da estaca. Tal resultado foi obtido de acordo com a comparação entre a
resistência por atrito lateral (fs) na região de instalação da estaca e em local fora da influência
da instalação.
Santos Filho (2014) injetou nata de cimento por dentro de uma estaca helicoidal, após
sua instalação, com o intuito de observar a ocorrência de vazios ou solo enfraquecido pelo
processo em solo coesivo. Após a escavação de um poço para acesso à região preenchida pela
nata, encontrou-se vazios contidos na região cilíndrica determinada pelo diâmetro
revolucionado das hélices. Isso indicou a presença de um volume vazio ou solo de baixa
compacidade após a penetração das hélices.
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2.2 Penetrômetro Dinâmico de Cone – DCP
O Penetrômetro Dinâmico de Cone (Dynamic Cone Penetrometer – DCP) permite
estimar a resistência à penetração do solo. O DCP é composto por uma haste com diâmetro de
16 mm, a qual possui em sua extremidade superior um martelo com peso de 8 kg que desliza
verticalmente de cima para baixo, até chocar-se com um batente, ao longo da altura de queda
de 575 mm. Na extremidade inferior, existe uma ponta em forma de cone com 20 mm de
diâmetro que possui ângulo de 60º. O equipamento ainda conta com uma régua graduada que
permite realizar leituras com até 1 m de profundidade. A descrição da padronização do ensaio
pode ser obtida na norma ASTM D 6951 (ASTM, 2015).
O emprego do DCP possibilita avaliar a resistência à penetração do solo, permitindo
indicar e estimar a altura de camadas com resistências diferentes do subsolo. Os valores
medidos são representados pelo DPI (índice de penetração dinâmica) do ensaio, através da
equação 1:
𝐷𝑃𝐼 (𝑚𝑚 𝑔𝑜𝑙𝑝𝑒⁄ ) =𝐿𝑛 − 𝐿1
𝑛 − 1 (1)
Onde:
DPI (mm/golpe) – Índice de penetração dinâmica;
Ln (mm) – Deslocamento produzido pelo enésimo golpe;
L1 (mm) – Deslocamento produzido primeiro golpe válido;
n – enésimo golpe.
O golpe inicial (L0) é desprezado, visto que a superfície de contato entre o solo e o
equipamento não é a mesma dos demais golpes. Ele tem como função servir como assentamento
para a ponta cônica.
O DPI indica a distância que a ponta cônica desce a cada quantidade de golpes, obtendo-
se maiores valores para solos de baixa resistência à penetração e pequenos valores para solos
com alta resistência à penetração.
O registro da penetração do equipamento pode se dar a cada golpe consecutivo, sendo
este método indicado para o caso de solos heterogêneos ou que se tenha o interesse de
acompanhar a resistência à penetração do solo ao longo de sua profundidade. Outra forma de
determinar o DPI é pela diferença de seus valores final e inicial, no qual é fornecida uma
representação da resistência à penetração do ensaio como um todo.
2.3 Radar de Penetração do Solo – GPR
O Ground Penetrating Radar (GPR) ou georradar caracteriza-se por ser um método não
destrutivo de investigação geotécnica que utiliza a propagação e reflexão de ondas
eletromagnéticas de altas frequências (25 MHz a 2600 MHz). Os sinais captados possuem
assinaturas distintas, de acordo com as propriedades eletromagnéticas dos materiais, conforme
Rodrigues e Porsani (2006).
A frequência central da antena é um parâmetro fundamental para a determinação da
profundidade e resolução da investigação. Quanto maior seu valor, maior será a resolução do
radargrama e menor será a profundidade de penetração das ondas eletromagnéticas. O contrário
se aplica quando a frequência possui valores baixos (OLIVEIRA, 2008).
Essas ondas eletromagnéticas são propagadas com velocidade determinada pela
permissividade elétrica (ε) dos materiais que compõem o seu meio. No momento em que as
ondas encontram objetos com diferentes propriedades elétricas, sofrem desvios (refração,
8
reflexão e difração). Parte da radiação que é emitida, retorna para a antena receptora e é gravada
em dispositivo de armazenamento digital, chamado de consoler (LOURENÇO et al, 2009).
A velocidade (v) das ondas em meios não magnéticos (como os solos em geral) é dada
pela equação 2.
𝑣 =𝑐
√𝐾 (2)
Onde:
c – Velocidade da luz no vácuo (c=0,3 m/ns);
K – Constante dielétrica do material.
Alguns valores de constante dielétrica podem ser obtidos na Tabela 1.
Tabela 1 – Propriedades elétricas de alguns materiais.
Material K v (m/ns)
Ar 1 0.30
Água destilada 80 0.33
Areia seca 3-5 0.15
Areia saturada 20-30 0.06
Argila 4-40 0.06 Fonte: Adaptado de Annan (2003).
Conforme Rodrigues e Porsani (2006) a utilização do equipamento se dá pela
movimentação das antenas de transmissão e recepção em determinado alinhamento ao longo de
um perfil. Durante o caminhamento, a antena transmissora emite ondas eletromagnéticas para
o subsolo e a antena receptora os capta após a reflexão nos alvos gerando sinais específicos para
suas respectivas propriedades eletromagnéticas. Nos radargramas gerados, a antena receptora
coleta altas amplitudes (representadas em cor mais escura) para materiais onde as propriedades
dielétricas permitem a fácil propagação da onda, e gera baixas amplitudes (representadas em
cores mais claras) para materiais onde a propagação da onda se dá de maneira mais atenuada.
Os objetos localizados pelo equipamento são representados por meio de parábolas.
A aplicação do GPR é bastante diversificada, destacando-se quando o interesse é a
localização de objetos no subsolo, que pode ser desde utensílios arqueológicos, investigação
forense e a identificação de cabos e tubos sem registro de sua posição. No campo geológico, o
procedimento realiza o imageamento de camadas de solo com propriedades dielétricas distintas,
pluma de contaminação, avaliação de depósitos de minerais metálicos e mapeamento de lençol
freático (KEAREY, 2009). Na Engenharia Civil, algumas das aplicações do GPR são na área
de pavimentação, onde ele permite a observação da posição do substrato ou a presença de
vazios; na área de patologias, onde é possível visualizar a posição da armadura e a partir da sua
propriedade elétrica pode-se inferir a presença de processos patológicos; na localização de
dutos, cavernas e níveis de água.
3. METODOLOGIA
3.1 Local da pesquisa
A pesquisa foi conduzida em campo experimental localizado no Campus Central da
Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), em Natal/RN. O terreno utilizado
encontra-se ao lado do prédio do Instituto do Cérebro. A Figura 2 apresenta o local e a Figura
3 apresenta um perfil típico do subsolo com valores de resistência (NSPT) próximo ao terreno.
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Figura 2 – Representação do campo experimental.
Fonte: Autor.
Figura 3 – Sondagem mais próxima ao local da pesquisa.
Fonte: Araújo (2017).
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3.2 Estaca helicoidal
A Figura 4 apresenta a estaca utilizada no presente estudo, que foi a mesma utilizada
por Costa (2017) em seu trabalho. Composta por três peças, cada uma com 1,25 m, a estaca
usada possui seção transversal circular e vazada. A primeira seção guia possui duas hélices,
sendo a da ponta de 250 mm de diâmetro e a seguinte com 300 mm de diâmetro. A segunda
seção guia possui uma hélice de 350 mm de diâmetro.
Sua instalação se deu por meio da aplicação do torque gerado por uma perfuratriz,
adaptada para a instalação da estaca helicoidal, na haste central. De acordo com o avanço da
estaca no solo, era adicionada uma nova seção à anterior, conectada por meio de ligação do tipo
ponta-bolsa e três parafusos.
A estaca atingiu profundidades distintas nos pontos de instalação. Na posição A, atingiu
a profundidade de 2,77 m. Em seguida, na posição B, chegou a 2,57 m. Já na posição C, atingiu
2,37 m. A profundidade atingida pela estaca helicoidal depende da resistência do solo e é
limitada pelo torque máximo que a perfuratriz é capaz de imprimir, de aproximadamente 8
kN.m (QUEIROZ, 2018).
A estaca era desinstalada por meio de rotação, da mesma forma que foi instalada. Na
sequência, era instalada na nova posição, a uma distância de 4 m em relação à anterior, valor
superior ao mínimo recomendado ICC Evaluation Services (2007), de forma que não houvesse
perturbação no solo entre as instalações (Figura 2).
Figura 4 – Estaca metálica utilizada.
Fonte: Costa 2017.
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3.3 Penetrômetro Dinâmico de Cone – DCP
Os ensaios penetrométricos foram realizados antes e após a instalação da estaca
helicoidal, com a finalidade de se obterem evidências da perturbação do solo causada pelo
procedimento de instalação.
A coleta de dados com o DCP foi realizada nas três posições das estacas (A, B e C), em
sete pontos alinhados e distantes 100 mm entre si, conforme mostra a Figura 5. A coleta após a
instalação da estaca foi realizada em um alinhamento inclinado 45º em relação à primeira linha
de pontos, com a intenção de se evitar que a segunda coleta acontecesse sobre o solo já ensaiado
anteriormente.
Figura 5 – Representação da posição dos pontos de execução do DCP.
Fonte: Autor.
O experimento se deu com o posicionamento do equipamento na posição vertical, de
modo que não ocorresse inclinação do mesmo. O golpe inicial foi considerado o golpe-zero,
responsável pelo assentamento do equipamento no solo e desconsiderado no cálculo do DPI.
Em seguida, seguiu-se com o ensaio, realizando-se leituras a cada golpe. Como o DCP utilizado
possui capacidade máxima de penetração de 1 m, escolheu-se como critério de parada quando
o ensaio atingir a profundidade de 0,90 m.
O DPI e o número de golpes necessários para atingir o critério de parada foram
determinados para cada um dos pontos antes e após a instalação da estaca. Dessa forma, foi
possível a análise das alterações das propriedades do solo provocadas pela estaca.
3.4 Radar de Penetração do Solo – GPR
A aquisição de sinais do GPR foi realizada com uma antena de frequência 900 MHz e
ocorreu de acordo com os preceitos da norma ASTM D 6432–11 (ASTM, 2011). O ensaio com
o GPR foi feito no entorno da estaca na posição C (Figura 6). Ao todo, foram obtidos oito perfis
paralelos, com comprimento total de 10 m e espaçamento de 100 mm entre si, como
esquematizado na Figura 6. Optou-se por fazer o levantamento iniciando-se 1 m a noroeste da
estaca e seguindo até 9 m a sudeste da mesma, com intuito de visualizar as modificações
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causadas pela instalação da estaca em questão e obter as condições do subsolo em maior
distância, fornecendo um panorama geral do subsolo.
Durante o processamento dos dados utilizou-se a informação da profundidade das
hélices, a partir da porção da estaca que ficou na superfície, para estimar a velocidade de
propagação das ondas eletromagnéticas no subsolo e determinar a constante dielétrica do meio
investigado.
As possíveis interferências existentes no entorno foram devidamente registradas para
comparação com os resultados dos radargramas. A Figura 7 exemplifica a aquisição de dados
realizada.
Figura 6 – Representação da aquisição com GPR em torno da estaca na posição C.
Fonte: Autor.
Figura 7 – Aquisição de radargrama com o uso do GPR na região da estaca na posição C.
Fonte: Autor.
Estaca Helicoidal
GPR
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4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Penetrômetro Dinâmico de Cone – DCP
A Tabela 2 expõe os valores de DPI pré-instalação (DPIpré) e DPI pós-instalação (DPIpós)
da estaca nas posições A, B e C.
Tabela 2 – Valores de DPI antes e após a instalação da estaca.
Valor do DPI (mm/golpe) em cada ponto nas três posições das estacas.
Distância ao eixo da
estaca (mm) 200 300 400 500 600 700 800
Estaca A Pré 12.28 10.87 12.12 12.67 11.42 13.89 15.83
Pós 42.42 23.28 24.56 16.79 19.57 15.92 17.04
Estaca B Pré 14.93 17.07 16.16 16.14 14.22 16.46 15.66
Pós 57.00 31.37 21.43 20.96 16.75 17.24 17.24
Estaca C Pré 11.78* 12.60 12.49 12.34 14.17 11.86 12.56
Pós 50.00* 22.32 17.81 16.15 15.38 15.76 15.75 Fonte: Autor. *Valores para a profundidade de 660 mm.
Em geral, a Tabela 2 mostra valores semelhantes de DPI pós-instalação nos pontos a
700 e 800 mm do eixo da estaca, em suas três posições.
A Tabela 3 expõe os valores do número de golpes necessário para se atingir a
profundidade de 900 mm com o DCP antes e após a instalação da estaca nas posições A, B e C.
A Tabela 3 apresenta a similaridade que existe entre os valores de número de golpes dos pontos
a 600, 700 e 800 mm de distância da estaca após a instalação da mesma nas posições B e C.
Tabela 3 – Valores de número de golpes antes e após a instalação da estaca.
Número golpes necessários para o atingimento de 900 mm de profundidade com o uso
do DCP em cada ponto nas três posições das estacas.
Distância ao eixo da estaca
(mm) 200 300 400 500 600 700 800
Estaca A Pré 47 47 41 39 52 38 36
Pós 12 25 25 28 28 26 27
Estaca B Pré 44 42 43 42 49 41 41
Pós 9 19 23 26 32 34 34
Estaca C Pré 34* 53 53 53 48 58 55
Pós 4* 28 36 40 42 46 48 Fonte: Autor. *Valores para a profundidade de 660 mm.
Diante do apresentado, utilizaram-se comparações estatísticas entre valores
apresentados nas três estacas com o intuito de encontrar um comportamento uniforme entre as
mesmas. A Figura 8 apresenta a comparação entre as médias de DPI entre as posições A, B e
C, nas distâncias coletadas. Para cada média foi adotado um intervalo de confiança com 15 %
de significância. Tal valor de intervalo de confiança foi adotado por apresentar um número
condizente com a quantidade de ensaios realizados, podendo ser elevado em caso de haver
maior número de amostras penetrométricas.
14
Figura 8 – Representação da média do DPI nos pontos de execução do DCP.
Fonte: Autor.
Na Figura 9 é mostrada a média entre a razão de DPI após a instalação e o DPI pré-
instalação nas posições A, B e C da estaca, nas distâncias coletadas. O intervalo de confiança
utilizado também foi para a significância de 15 %.
Figura 9 – Representação da razão entre o DPI antes e após a instalação da estaca.
Fonte: Autor.
De acordo com a Figura 8, levando-se em conta o intervalo de confiança proposto, as
médias de DPI antes e após a instalação tornam-se muito próximas na distância de
aproximadamente 500 mm do eixo da estaca. Nos pontos mais distantes do fuste existe a
aproximação entre as curvas, demonstrando a tendência de o solo não ter sido perturbado em
maiores distâncias.
Na Figura 9 é possível visualizar que após o ponto a 500 mm da estaca existe uma
mudança no comportamento das curvas, com redução na variação dos valores de cada ponto
após 500 mm. Também é perceptível a aproximação que a relação entre DPIpós e DPIpré tem do
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
200 300 400 500 600 700 800
DP
I (m
m/g
olp
e)
Distância do eixo da estaca (mm)
Média do DPI da pré-instalação Média do DPI da pós-instalação
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
200 300 400 500 600 700 800
DP
I pós/
DP
I pré
Distância do eixo da estaca (mm)
15
valor unitário, à medida em que se afasta da estaca, mostrando que a influência da perturbação
se torna bastante tênue.
4.2 Radar de Penetração do Solo – GPR
O radargrama mostrado na Figura 10, apresenta o resultado referente à linha 6 da
aquisição com frequência de 900 MHz com a estaca na posição C. O eixo horizontal representa
a distância horizontal da leitura, medida a partir da posição convencionada como a origem do
ensaio. O eixo vertical à esquerda representa o tempo (em ns) o que a onda eletromagnética
leva para atingir determinada cota. O eixo vertical à direita indica a profundidade, em metros,
da aquisição.
Figura 10 – Radargrama com destaque para a zona de perturbação acima da hélice.
Fonte: Autor
As tonalidades escuras (representadas em roxo, magenta e lilás) indicam meios nos
quais as ondas geradas pelo GPR tiveram maior facilidade em transitar. Com os devidos estudos
adicionais é possível inferir características específicas sobre o meio. No perfil da Figura 10, o
GPR indicou as interferências causadas no sinal devido às hélices, identificadas como
obstáculos pelo equipamento.
Além da posição das três hélices (maior amplitude) é possível visualizar na Figura 10
uma região de menor amplitude (em destaque pelo círculo) com largura semelhante à da hélice.
Pode-se inferir que houve perturbação do material existente. As diferenças de amplitudes são
consequências das condutividades dos meios. A rotação proveniente da instalação da estaca
helicoidal causa a mistura das camadas superficiais do solo (representadas em tons mais escuros
16
no radargrama) e, consequentemente, a mudança das propriedades dielétricas na referida região.
O contraste entre as propriedades resultantes dos materiais nos quais as hélices passam e as
propriedades dos materiais fora da zona de perturbação (representadas pela tonalidade escura
do entorno da zona perturbada) torna possível a visualização da região em que as hélices atuam.
A presença da zona mais clara sugere que há uma redução da compacidade do material acima
da primeira hélice, em que a região cilíndrica determinada pelo diâmetro revolucionado das
hélices possui solo com mais vazios que seu entorno. Esta constatação está de acordo com os
resultados obtidos com o DCP nesta pesquisa e com Santos Filho (2014).
Os radargramas gerados não permitem determinar com precisão a condição do solo entre
as hélices por causa da interferência causadas pelas mesmas nas ondas eletromagnéticas.
O radargrama ainda permitiu inferir que após a profundidade de 2 m existe a presença
de uma camada de solo (destacado pelo retângulo branco na Figura 10 e em tonalidade mais
escura) com propriedades dielétricas diferentes da areia pura encontrada em seu entorno. O fato
de a perfuratriz ter atingido seu torque máximo quando a ponta da estaca atingiu essa região,
sugere uma camada resistente.
5. CONCLUSÃO
Ensaios de resistência à penetração com a utilização do DCP foram realizados em solo
predominantemente arenoso antes e após a instalação de uma estaca metálica helicoidal em três
posições distintas. Investigações geotécnicas não destrutivas com o uso do GPR foram
realizadas após a instalação da estaca na posição C. Ambos os experimentos constataram zonas
de perturbação no terreno, ocasionadas pelo processo de instalação e que foram relacionadas
com a redução da compacidade do solo.
O penetrômetro apontou que a perturbação causada pela instalação vai além da projeção
das hélices da estaca. Significativa alteração na resistência à penetração do solo, com cerca de
30% redução, foi identificada em um raio de até 500 mm de distância a partir do eixo do fuste.
Em 800 mm de distância da estaca (limite dos ensaios realizados) foi notada a uma redução de
resistência em torno de 14%. De acordo com o apresentado, tem-se que a relação entre o
diâmetro total da perturbação e o diâmetro da maior hélice é de aproximadamente três.
Os resultados obtidos com a técnica GPR permitiram detectar contrastes de propriedades
elétricas resultantes da movimentação do solo dentro do cilindro da projeção das hélices. Foi
possível a identificação de uma zona de perturbação no solo de diâmetro semelhante ao da
maior hélice. Os resultados obtidos sugerem que a região de perturbação encontrada
imediatamente acima da primeira hélice é constituída de material com compacidade menor que
a do solo fora da região fora da zona de perturbação, concordando com os dados do DCP. Para
a região abaixo da primeira hélice, os dados foram inconclusivos, por conta de interferências
geradas pelas próprias hélices.
6. AGRADECIMENTOS
O autor deste trabalho agradece ao apoio financeiro promovido pelo CNPq e ao
Laboratório de Análises Estratigráficas da UFRN pela aquisição e processamento dos dados de
GPR.
7. REFERÊNCIAS
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