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INSTRUMENTAÇÕES EM FUNDAÇÕES PROFUNDAS Eng. Civil, Mestre em Geotecnia Danilo Pitz Solugeot Soluções Geotécnicas

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INSTRUMENTAÇÕES EM FUNDAÇÕES PROFUNDAS

Eng. Civil, Mestre em Geotecnia Danilo Pitz

Solugeot – Soluções Geotécnicas

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ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO

1. INTRODUÇÃO

2. FUNDAMENTOS E MODELOS

3. PROTOTIPOS

4. APLICAÇÕES DOS DLT

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1- INTRODUÇÃO

1.1. PRELIMINARES

• NECESSIDADE NO BRASIL E NOSSA REGIÃO DE TECNICOS E FERRAMENTAS PARA EXECUÇÃO DE CONTROLE DE QUALIDADE NAS FUNDAÇÕES.

• MERCADO:EM NOSSA REGIÃO DE ITAPEMA, BALNEÁRIO CAMBORIU, BRUSQUE EXISTEM MAIS DE 100 EQUIPAMENTOS DE HÉLICES CONTINUA, E MERCADO IMOBILIÁRIO EM EXPANSÃO.

•ATRAVÉS DE UM MESTRADO INICIADO EM 2009 NA UFPR, FOI DESENVOLVIDO E APRIMORADO TÉCNICAS DE CONTROLE DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS A SEGUIR DEMONSTRADAS.

•ENSAIOS DINÂMICOS, ESTÁTICOS E MODELOS REDUZIDOS.

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1- INTRODUÇÃO

1.2. TIPOS DE INSTRUMENTAÇÃO ABORDADAS

• TIPOS DE INSTRUMENTAÇÃO ABORDADOS NESTA APRESENTAÇÃO.

•MODELOS REDUZIDOS

•ECE –ENSAIOS DE CARREGAMENTO ESTÁTICO

•ECD –ENSAIOS DE CARREGAMENTO DINÂMICO

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2- FUNDAMENTOS

2.1. MODELOS FÍSICOS REDUZIDOS

•Modelos reduzidos poderiam ser mais utilizados em geotecnia. Algumas vantagens: garantia de repetibilidade possibilidade de isolar variáveis. constância entre modelo e protótipo (exemplos): densidade, ângulo de atrito e porosidade.

Tabela 2.1 - Fatores de escala. (Adaptado de DELL AVANZI, 2006)

Grandeza Fator de escala/Protótipo/modelo

Aceleração 1

Densidade 1

Ângulo de atrito 1

Porosidade 1

Comprimento N

Tensão N

Módulo de elasticidade N

Intercepto coesivo N

Área N2

Volume N3

Força N3

Massa N3

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3- COMPONENTE EXPERIMENTAL

2.1. COMPOSIÇÃO DOS MODELOS REDUZIDOS. 2.1.1 Caixa forte e distibuição das estacas do modelo

•Verificado o espraiamento (adotado 6 vezes a distancia entre eixos). •3x já era suficiente.

Fig 3.4 locação das estacas modelo (etapa I)

Fig 3.2 Ruptura teórica

x

Fig 3.3 locação das estacas modelo (etapa I) – foto

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2- FUNDAMENTOS

2.1. COMPOSIÇÃO DOS MODELOS REDUZIDOS. 2.1.2 Sistema de cravação

Figura 3.5 - Detalhes executivos do modelo executado

•capacete, cepo de madeira,

•Martelo de 2kg

•hastes guias de 12,5 mm

•Cabo de aço 3mm

•Fita métrica •roldana

•Viga I12”

Figura 3.6 - Perspectiva do modelo executado.

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2- FUNDAMENTOS 2.1. COMPOSIÇÃO DOS MODELOS REDUZIDOS. 2.1.3 Sistema reduzido de provas de carga e aferição de dados

• Prensa: adaptada e calibrada seguindo preceitos da ABNT NBR 12131/2005. •manômetro ajustado para 4 Mpa (tensão prevista atuante).

•Mini célula de carga para 5 Kn (aferida)

•Sistema Labview (aquisição de dados da célula de carga)

Figura 3.7. Resultados provenientes do programa LABVIEW (carga x tempo).

Figura 3.9. Detalhe da Célula de carga e esquema de

ligação, com o programa LABVIEW,

Figura 3.8. Prensa adaptada para 4 Mpa e calibrada para o sistema, colocada sobre vigas de reação.

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2- FUNDAMENTOS

2.1.4 CARACTERIZAÇÃO DAS AREIAS

Figura 3.14.Densidade relativa x altura de queda. (adaptado de Sachet, 2010) (Adotada hqueda 100cm e assim Dr=93%

Figura 3.15 –Fotos do preenchimento da caixa com areia .

Furos cada 5cm e Ø 5mm garantem vazão de 1,26 g/s de areia.

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2.2 CAPACIDADE DE SUPORTE VERTICAL

Pesquisador Valores de Nq Referência

Terzagui (1943)e

Meyerhof (1963). Nq = (tan² (45º + Ø/2))* e π *tan Ø Santos (2008)

Vesic (1975) Nq = ((3/3-sen Ø)* e( π/2-Ø) *tan Ø )) *

((tan² (45º + Ø/2)* Irr Santos (2008)

Janbu (1976) Nq = (tanØ + (1+tan2 Ø)1/2) 2 * (e2*η*

tanØ) Das (2007)

Tabela 2.2 - Valores de Nq.

2- FUNDAMENTOS

•Método Aoki-Velloso.

Rp= qc/F1 Rl = fs/ F2

F1= 1,75 ::: F1=1+D/0,8 (Aoki, 1985)

F2= 2 F1

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2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.

Figura 2.2. Esquema para determinação do repique e nega e esquema de golpe

•Princípio da conservação de energia, •Teorema trabalho energia; •Princípio da conservação da quantidade de movimento; •Teoria de choque dos corpos rígidos; •Lei de Hooke.

2- FUNDAMENTOS

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2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.

Figura 2.3. Exemplo de controle por repique

2- FUNDAMENTOS

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2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.

Métodos Valor de R (resistência dinâmica) Referência

Wellington

(1888)

Avelino

(2006)

Hilley

(1925)

Bernardes et

al

(2007)

Dinamar-

queses

(1957)

Velloso e

Lopes

(2010)

Janbu

(1951)

Bernardes et

al

(2007)

Tabela 2.2 - Métodos de avaliação de resistência

2- FUNDAMENTOS

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2- FUNDAMENTOS

2.3 .RESULTADOS DOS MODELOS – Estacas de aço – ECE/ECD

Figura 2.3- Exemplos de Resultado médio (ECD) - carga x profundidade – Estaca de aço 3- Etapa I e Estaca de aço I - etapaII

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 500 1000 1500 2000

prof

undi

dade

em

cm

carga (N)

Estaca de aço1-etapa II- 120cm

20

30

50

70

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 500 1000 1500 2000

prof

undi

dade

(cm

)

carga (N)

Estaca de aço3- Etapa I

20

30

50

70

Resultados inferiores ao ESTAPETs

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2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.

Figura 2.4 - Equipamentos para ensaio DLT.

Gabarito de montagem

Acelerômetros

Medidor de deformação:: Leitura de Ɛ1 e Ɛ2:: F1,2= E*A* Ɛ1,2=Fmédia1,2=F

Transdutores parafusados na estaca

::Leitura de a1 e a2 :: v1,2=∫a1,2*dt :: Vmedia1,2= V

2- FUNDAMENTOS

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2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.

*Com F e V pela mecânica das ondas é obtito :: Z = F/V :: Z = impedância( impedir a mudança de velocidade).

1) CASE: Rs=Rt- Rd= (1-Jc)*

*t1=instante de pico de intensidade do golpe. *t2= t1+2L/c =tempo de impacto (2º pico).

*Rd= resistência dinâmica=Jc*Z*V

Rt=(Rs+Rd)

2) TNO:

*Métodos diretos: CASE e TNO.

(basicamente separa as parcelas laterais e de ponta)

*Jc=coeficiente de amortização dinâmica

2- FUNDAMENTOS

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2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.

Software TNOWAVE

*Utiliza um golpe escolhido expresso em um sinal.

* Utiliza um modelo de solo assumido.

* Iterativamente o programa ajusta o sinal medido no golpe com o modelo de solo calculado

2- FUNDAMENTOS

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2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.

Métodos Estáticos (ECE)- Critérios para avaliação da curva carga recalque

*Método de Van der Veen (ruptura física)

*Consiste em encontrar o valor de Pult (fixo), por tentativas, traçando um gráfico: -ln(1-P/Pult) em função do recalque (ρ).

Figura 2.5. Estimativa de Pultimo por Van der Veen

2- FUNDAMENTOS

ρ= (R*L/E*A) + D/30 (NBR 6122- 1996) Rupturas convencionais ou de deslocamento arbitrado

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2- FUNDAMENTOS

Figura 2.6- Resultados agrupados dos modelos ECE para as ESTAPETs

Trecho de desenvolvimento do Atrito lateral

Deformação elástica da estaca

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

desl

ocam

ento

(m

m)

Carga (N)

Etapa I - ESTAPET 4

Etapa I - ESTAPET 2

Etapa I - ESTAPET 1

Etapa II - ESTAPET 7 Etapa II - ESTAPET 6 Etapa II - ESTAPET 4

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2- FUNDAMENTOS

Figura - Resultados agrupados dos modelos ECE para as estacas de aço

•Desenvolvimento do atrito lateral

•Deformação elastica quase nula

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 de

sloc

amen

to (

mm

)

Carga (N)

Etapa I - Estaca Aço 5

Etapa I - Estaca Aço 3

Etapa II - Estaca Aço 3 (80cm)

Etapa II - Estaca Aço 2 (100cm)

Etapa II - Estaca Aço 1

Etapa II - Estaca Aço 5

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3- PROTÓTIPOS

Preparação dos protótipos ESTAPET (marcação para contagem de golpes e instalação de sensores e estaca de aço (05/04/2013)- Itapema-SC

•Primeira protótipo em PET ensaiado, que se tem notícia.

• Para a ESTAPET foi adotado K (fator de escala)= Lp/Lm=4,83 = ou seja 145mm de lado (ESTAPET).

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3- PROTÓTIPOS

Figura Croqui esquemático do ensaio de Carga Estático dos Protótipos

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3- PROTÓTIPOS

Figura. Ensaio em andamento.

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3- PROTÓTIPO

Figura. Sondagem CPT- Obra Itapema.

5Mpa

•A alta e repentina resistência a 1 metro de profundidade acentuou o efeito elástico da ESTAPET.

• Os gráficos (ECE) no entanto tiveram formatos similares.

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PROTOTIPO

Figura Resultado médio (ECD) – Prototipo ESTAPET

- (até prof= 75cm )

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 50000 100000 150000 200000

prof

undi

dade

(cm

)

carga (N)

Protótipo ESTAPET- Martelo 710 N

50

75

100

150

Figura - Avaliação da Curva Carga X Recalque por métodos arbitrados. Protótipo ESTAPET (prof=90cm)

Protótipo ESTAPET

•Acentuada deformação plástica do material

•Elevado aumento de resistencia devido a elevada resistencia abrupta do solo conforme sondagem CPT

0

5

10

15

20

25

0 50000 100000 150000

desl

ocam

ento

(mm

)

Carga (N)

tensãox deslocamento NBR 6122

Davisson

critério ingles

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3- PROTÓTIPO

Figura- Resultado médio (ECD) – Prototipo Estaca

de aço - (até prof= 95cm )

Figura -Avaliação da Curva Carga X Recalque por métodos arbitrados. Protótipo estaca de aço (prof=95cm)

Protótipo Estaca de aço

0

20

40

60

80

100

120

0 100000 200000 300000 400000

prof

undi

dade

(cm

)

carga (N)

Protótipo Estaca de aço- Martelo 710 N

50

75

100

150

•Devido a pouca penetração inicio da mobilização de ponta a menos de 50000N

0

2

4

6

8

10

12

0 50000 100000 150000 200000

Def

orm

ação

(m

m)

Carga (N)

tensãox deformação

NBR 6122

Davisson

Critério Ingles

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4- RESULTADOS EXPERIMENTAIS

4.4 .PROTÓTIPOS ESTAPET e estaca de aço 4.4.2. Protótipo Estaca de aço

-0,04

-0,02

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0 5 10 15 20 25 30 35

Pile Driving AnalysisForce and Velocity x Impedance ( Blow Number: 480 )

PDA-DLT 8.1.18

For

ce[M

N]

Time [ms]

Force Velocity x Impedance

Figura 4.14 Sinal apresentado durante a cravação de Estaca de aço

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Aplicações ECD - DLT

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PRINCIPAIS RESULTADOS OBTIDOS

• Energia transferida durante o ensaio – Eficiência do martelo

• Resistencia Mobilizada – Total, Lateral, Ponta

• Integridade da estaca – Descontinuidade, Estrangulamentos, etc

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Definição do Martelo Adequado

• Martelo que não adequado ao ensaio.

• Resultados insatisfatórios.

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Processo

Entrada de Dados – Estaca e

Solo

Instalação dos Sensores na

Estaca

Aplicação de Golpe de Martelo

Análise em campo - Obtenção de Dados:

•Energia transferida

•Resistencia mobilizada

•Integridade

Avaliação dos dados obtidos em escritório, com analise de sondagem

•Obtenção de Resultados mais precisos

•Resistencia lateral e ponta

•Etc…

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Instalação do Equipamento

• Instalação dos sensores na estaca.

• Defletometro e Acelerometro

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Qualidade do Ensaio

Problemas de instalação Desenvolvimento de gabaritos

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Aplicações

• Estaca tipo raiz – Itajaí/SC

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Aplicações

• Estaca tipo hélice continua – Brusque/SC

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Aplicações

• Obras especiais – Aeroporto – Curitiba/PR

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Análise Campo / Escritório

ANÁLISE CAMPO ANÁLISE ESCRITÓRIO

• Tensão máxima • Energia transferida • Excentricidade golpe • Resistência estática TNO • Danos Estruturais

• Ajuste com modelo de solo; • Método numérico; • Maior aproximação das parcelas de

resistência lateral x ponta.

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Avaliações Prévias

Danos Elevada Res. lateral ou ponta

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Avaliação de fuste.

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OBRIGADO PELA ATENÇÃO!