kátia silva de azevedo cleber conrado arcello...

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ

Faculdade de Ciências Exatas e de Tecnologia Curso de Graduação em Engenharia Civil

Kátia Silva de Azevedo

Cleber Conrado Arcello

ESTUDO DA VARIABILIDADE DA RIGIDEZ EM ESTAQUEAMENTO MISTO

CURITIBA

2014

KÁTIA SILVA DE AZEVEDO

CLEBER CONRADO ARCELLO

ESTUDO DA VARIABILIDADE DA RIGIDEZ EM ESTAQUEAMENTO MISTO

Monografia apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil, Faculdades de Ciências Exatas e de Tecnologia, Universidade Tuiuti do Paraná.

Prof.Heber Augusto Cotarelli De Andrade, Msc.

CURITIBA

2014

ii

DEDICATÓRIA

Aos nossos familiares e amigos, pela companhia constante e tão querida,

sacrifício ilimitado em todos os sentidos, orações, palavras, abraços e aconchego.

Nosso eterno amor e obrigado aos nossos pais por sempre nos apoiarem nesse

processo tão difícil e por terem muita paciência.

Aos amigos de perto e de longe, pelo amor e preocupação demonstrados

através de ligações, visitas, orações e e-mails. Vocês que aliviaram nossas horas

difíceis, me alimentando de certezas, forças e alegrias. Nosso muito obrigado!

iii

AGRADECIMENTOS

É com satisfação que agradecemos a todos aqueles que contribuíram para a

realização deste trabalho. Em primeiro lugar a Deus por nos dar a vida e a saúde pra

termos condições de concluirmos esse projeto.

Aos nossos pais e irmãos expressamos nosso reconhecimento por seu

constante encorajamento e paciência. Aos professores Heber A. C. de Andrade,

Geronimo Teider Rocha e Helder de Godoy pelas constantes orientações, correções

e dedicação.

Agradecemos o Sr. Jose Carlos do Amaral por sua validosa contribuição no

incentivo à pesquisa, a Benapar por fornecer e disponibilizar seu acervo e todo

material para desenvolver esse trabalho, ao Engº. responsável pela execução da

obra Sr. Sergio Ricardo Caneri e o Geólogo Marcelo Groszownik por todo material

de campo disponibilizado indispensável para o desenvolvimento do trabalho, ao

Engº. Antônio Carlos Campos Fernandes.

Aos nossos amigos, colegas e principalmente a todos os professores, que nos

acompanharam nesse processo, e que compartilharam todos os momentos vividos

nessa jornada.

iv

RESUMO

Este trabalho descreve um estudo de caso, relacionado à variabilidade da

rigidez da estaca em estaqueamento misto em uma obra no município de Almeirim

no Pará, sendo uma fabrica de papel da empresa Jari Celulose. O trabalho foi

especificamente para o calculo de um tanque de filtrado nº 404 que serve como

reserva de material de celulose para a fabricação do papel.

Inicialmente foi dimensionada uma fundação profunda tipo estacas pré-

moldadas de concreto com seção transversal de 30 x 30cm (conforme relatório no

anexo 01), onde as mesmas eram fabricadas no próprio canteiro de obras pela

empresa contratada, ao serem realizadas as cravações das estacas notou-se que

as mesmas estavam atingintdo a nega numa profundidade inferior especificada em

projeto.

Em seguido foram aplicados os métodos empíricos de Decourt-Quaresma e

Nökkvendt para definição das cargas admissíveis e aplicadas no sistema de

estaqueamento misto, foram também analisados os ensaios de PDA (prova de

carga dimânica) e PCE (prova de carga estática) para aferição das resistências.

Foram elaboradas as isocurvas demonstrando a variação da rigidez nas

estacas.

Os objetivos foram alcançados com a realização das analises, aplicação

dos métodos e comparação dos resultados, foram detectados problemas onde as

cargas admissivels das estacas de concreto são inferiores as cargas aplicadas.

Palavras-chave

Geotecnia, Mecânica dos solos, Fundações, Fundação profunda, estacas cravadas.

v

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ............................................................................................. 9

1.1 APRESENTAÇÃO ........................................................................................ 9

1.2 OBJETIVOS ............................................................................................... 10 1.2.1 Objetivos gerais ......................................................................................... 10 1.2.2 Objetivos específicos ................................................................................. 10

1.3 PROBLEMATIZAÇÃO ................................................................................ 11

1.4 MOTIVAÇÃO E JUSTIFICATIVA ............................................................... 11

1.5 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA ................................................................ 11

2 REFERENCIAL TEÓRICO ........................................................................ 12

2.1 FUNDAÇÕES ............................................................................................. 12

2.2 SISTEMA DE INSTALAÇÕES DE ESTACAS ............................................ 14

2.2.1 Classificação em estacas moldadas e cravadas ....................................... 14

2.3 ESTACAS CRAVADAS METÁLICAS ........................................................ 14

2.4 ESTACAS CRAVADAS PRÉ- MOLDADAS ............................................... 16

2.4.1 Cravação de estacas pré-moldadas ........................................................... 17 2.4.2 Metodologia executiva ............................................................................... 17

2.5 ENSAIOS DE SOLO E DA ESTACA .......................................................... 19 2.5.1 Ensaio com sondagem standard penetration test (SPT) ............................ 19

2.5.2 Ensaio de carregamento dinâmico pile driving analyzer (PDA) .................. 21 2.5.3 Método aplicado (Nökkentved) para interação das cargas das

estacas solicitantes nas estacas ................................................................ 22

3 METODOLOGIA ........................................................................................ 25

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................. 26

4.1 SITUAÇÃO DE FATO E PROBLEMAS VERIFICADOS ............................ 26

4.2 AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS PELO MÉTODO EMPÍRICO DE DECOURT E QUARESMA E ANÁLISE DAS PROVAS DE CARGA PDA E PCE .................................................... 31

4.3 DETERMINAÇÃO DAS CARGAS DA RIGIDEZ DAS ESTACAS PELO MÉTODO NÖKKENTVED ............................................................... 35

4.3.1 Apresentação ............................................................................................. 35 4.3.2 Origem dos dados ...................................................................................... 36

4.3.3 Resultados obtidos ..................................................................................... 36 4.3.4 Memória de cálculo pelo Método de Nökkentved para

dimensionamento das cargas .................................................................... 37

4.4 ANÁLISE DA VARIAÇÃO DAS TENSÕES APLICADAS NA PLACA DE FUNDAÇÃO EM RELAÇÃO À VARIABILIDADE DA RIGIDEZ DAS ESTACAS .......................................................................................... 42

vi

4.4.1 Apresentação ............................................................................................. 42

4.4.2 Programas Computacionais ....................................................................... 42

5 CONCLUSÃO ............................................................................................ 48

6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 51

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Alguns tipos de fundações profundas .................................................. 13

Figura 2 Alguns tipos de luvas de emenda para estacas ................................... 16

Figura 3 Sequência de cravação de estacas ..................................................... 18

Figura 4 Montagem das formas e armações das estacas .................................. 28

Figura 5 Concretagem e fabricação das estacas ............................................... 29

Figura 6 Cravação das estacas pré-moldadas de concreto ............................... 29

Figura 7 Forma e armadura da base do tanque 404 .......................................... 30

Figura 8 Concretagem na base do tanque 404 .................................................. 30

Figura 9 Planta de locação das estacas ............................................................. 35

Figura 10 Planta com isocargas (kN) ................................................................... 43

Figura 11 Planta de isorigidez (MN.m -1) .............................................................. 44

Figura 12 Planta de fator de rigidez (adimensional) ............................................. 44

Figura 13 Planta e elevação do tanque de filtrado ............................................... 45

Figura 14 Placa de concreto com tensões máximas ............................................ 46

Figura 15 Placa de concreto com tensões mínimas ............................................. 46

Figura 16 Placa de concreto com isotensões ....................................................... 47

Figura 17 Planta com isocargas em perspectiva .................................................. 49

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Tipos de estacas .................................................................................. 14

Tabela 2 Topo de Perfis metálicos ...................................................................... 15

Tabela 3 Fatores que afetam a resistência à penetração ................................... 21

Tabela 4 Resultados dos ensaios de resistência dos corpos de prova por estaca ................................................................................................... 26

Tabela 5 Resultados de ensaios de campo PDA e PCE ..................................... 32

Tabela 6 Valores de coeficiente β ...................................................................... 33

Tabela 7 Valores de coeficiente α ....................................................................... 33

Tabela 8 Valores de NSPT por metro da sondagem 01 ...................................... 33

vii

Tabela 9 Valores de coeficiente k (Kn /m²) ......................................................... 34

Tabela 10 Parcela de atrito lateral ao longo do fuste (PL) .................................... 34

Tabela 11 Cargas admissíveis por tipos de estacas através dos ensaios ............ 35

Tabela 12 Cargas e tensões nas estacas ............................................................. 41

Tabela 13 Cargas admissíveis x cargas aplicadas ............................................... 41

Tabela 14 Cargas admissíveis x cargas aplicadas ............................................... 42

Tabela 15 Resumo da carga admissível das estacas ........................................... 48

Tabela 16 Resumo das cargas máximas aplicadas nas estacas .......................... 49

LISTA DE SIGLAS

ABEF Manual de execução de fundações e geotecnia

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

NBR Norma Brasileira

PDA Ensaio de carregamento dinâmico pile driving analyzer

PCE Prova de carga estática

SPT Ensaio com sondagem standart penetration test

LISTA DE SÍMBOLOS

Estaca pré-moldada

Estaca metálica

A Área da seção das estacas

L Comprimento das estacas

V Carga concentrada total da estrutura

My Momento na direção de y

z Distância da estaca ao centro da estrutura

D2 Distância ao quadrado da estaca ao centro da estrutura

Fck Resistência característica a compressão

Fcd Resistência de cálculo a compressão

σesc Tensão de escoamento

8

σrup Tensão de ruptura

Ni Carga na estaca

MPa Mega Pascal

kN Kilo Newton

Si Rigidez da estaca ou fator de proporcionalidade

si Valor relativo da rigidez

E Módulo de elasticidade

∑si Somatório de si

∑si.z2 Somatório de si vezes a distancia ao quadrado

σ1 Tensão principal

σ2 Tensão principal na direção x ou y

Mm Momento principal na direção x ou Y

ANEXOS

Anexo 01 Memória de cálculo EGEL referente ao 1º projeto

Anexo 02 Planta de locação das estacas conforme 1º projeto

Anexo 03 Controle técnologico do concreto para fabricação das estacas

Anexo 04 Planilha com a descrição dos resultados dos ensaios de controle técnologico por estaca

Anexo 05 Relatorios de campo de cravação de estacas pre moldadas

Anexo 06 Projeto revisado com estacas metálicos e pre moldadas

Anexo 07 Relatorios de ensaios PDA e PCE

Anexo 08 Sondagem para utilização dos ensaios

viii

9

1 INTRODUÇÃO

1.1 APRESENTAÇÃO

O presente trabalho trata de um estudo de caso da variação da capacidade

de suporte de cada estaca implantada, de concreto e de aço de uma obra localizada

no município de Almeirim PA, onde foi executada a ampliação de uma fabrica de

papel da empresa Jari Celulose. O tanque em especifico a ser estudado é o de

Filtrado numero 404 com altura de 27,00 metros e bloco de coroamento com

diâmetro de 10,25 metros, localizado na área de cozimento da fabrica onde ocorre o

armazenado do material de celulose para fabricação do papel.

Foram utilizados dois tipos de estacas simultaneamente com características

diferentes, por esse motivo as capacidades de carga de cada estaca são variáveis

em função de suas rigidezes, dos comprimentos individuais, das áreas das seções

transversais, dos módulos de elasticidade, das localizações em relação ao conjunto,

de acordo com o Método de Nökkentved, segundo Alonso, 1998.

Inicialmente a análise foi uma análise para o projeto original qual foi

concebido para 69 estacas de concreto pré-moldado com 18,00 metros de

comprimento dispostas linearmente sob o bloco de coroamento de concreto armado

(conforme anexo 02).

Considerando que o projeto original foi considerado inexequível por não ser

possível a cravação completa, sendo revisado e modificado para utilização

simultânea de dois tipos de estacas. O projeto original foi reprovado porque as

estacas apresentando a nega com profundidades próximas de 9,50 metros.

No projeto revisado foram previstas 57 estacas metálicas com perfil ASTM

A36 H167 x 321 mm com 22,00 metros de profundidade juntamente com as 60

estacas pré-moldadas de concreto armado seção 30 x 30 cm com 10,00 metros de

profundidade.

A análise das cargas deste trabalho foi utilizada pelo método de Nökkentved

o qual requer um eixo com dupla simetria para estaqueamento misto, segundo

Alonso, (1998).

No capítulo primeiro são apresentados os aspectos gerais do trabalho, os

objetivos gerais e específicos, a metodologia, a justificativa e demais parágrafos.

10

O referencial teórico está amplamente exposto no capítulo segundo

apresentando os conceitos de fundações, sistemas de instalações, estacas

metálicas, estacas pré-moldadas, ensaio de Prova de Carga Estática – PCE, Ensaio

de Carregamento Dinâmico – PDA e Sondagem Standard Penetration Test – SPT.

Apresenta-se os conceitos e definições que serão explorados no presente

estudo. Em seguida, no capítulo terceiro, a metodologia descreve a sequência deste

trabalho com início na revisão bibliográfica até as conclusões finais.

No capítulo quarto serão desenvolvidos os estudos, discussões e resultados

das análises para avaliação das capacidades de carga das estacas pelo método de

Décourt e Quaresma, determinação das cargas pelo Método de Nökkentved e

avaliação da variação das tensões aplicadas na placa de fundação em relação à

variabilidade da rigidez das estacas.

Em seguida serão abordados os resultados finais e a conclusão dos objetivos

e, também, sugestão para continuidades deste trabalho.

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivos gerais

Avaliar o comportamento de estaqueamento misto quanto a variação da

rigidez das estacas de concreto e metálicas para a fundação do tanque de pré-

filtrado utilizado para a reserva de material de celulose para fabricação de papel, da

fábrica de papel Jari Celulose localizada no Município de Almeirim/PA.

1.2.2 Objetivos específicos

Os objetivos específicos são:

• Identificar os problemas encontrados na obra que resultaram na alteração

do método previamente determinado pelo projetista, estacas pré-moldadas para

estacas metálicas;

• Avaliação da capacidade de carga das estacas pelos métodos empírico de

Decourt e Quaresma e análise das provas de carga PDA e PCE

• Cálculo da carga nas estacas pelo Método Nökkentved considerando a

variação da rigidez das estacas;

11

• Analisar a variação das tensões aplicadas na placa de fundação em

relação à variabilidade da rigidez das estacas.

1.3 PROBLEMATIZAÇÃO

A utilização simultânea de tipos diferentes de estacas provoca alteração na

rigidez individual de cada estaca sobrecarregamento algumas e aliviando outras,

podendo provocar recalques diferenciais e deformações da placa de fundação.

Diante desta possibilidade, neste estudo, serão realizados os estudos da

variabilidade da rigidez no estaqueamento.

1.4 MOTIVAÇÃO E JUSTIFICATIVA

A motivação e justificativa deste estudo têm como principal fundamento a

garantia da estabilidade da obra e, consequentemente, de segurança para seus

usuários.

O conhecimento antecipado do comportamento estrutural oferecerá condição

de analisar um reforço de armadura para absorver o acúmulo de tensões na placa.

1.5 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA

O presente trabalho propõe a análise da rigidez do estaqueamento misto

conforme citado acima, no entanto, não serão avaliados os tipos de estacas

diferentes das aplicadas na obra (metálica e concreto).

A análise não abordará aspectos eventuais e extraordinários de utilização,

cargas horizontais provenientes dos ventos excessivos e aquecimento das bases do

tanque em função do estoque de materiais com altas temperaturas.

Toda a discussão será embasada nos projetos executivos, memórias de

cálculo, relatórios de campo e ensaios realizados durante a execução da obra.

12

2 REFERENCIAL TEÓRICO

2.1 FUNDAÇÕES

A Fundação é definida como sendo “elemento estrutural que transfere ao

terreno as cargas que são aplicadas à estrutura. Consequentemente, o terreno é

elemento de uma fundação” implicando que o “conhecimento de suas

propriedades, ou melhor, do seu comportamento quando submetido a

carregamentos, dependera o desempenho da fundação.” (OLIVEIRA, 1998, p.

381).

Para Oliveira (1998) deve-se levar em consideração o tipo de fundação e o

meio natural e a interação com a estrutura sendo que para poder fazer as

escolhas dos tipos de fundações aplicadas no projeto deve-se distinguir as

condicionantes geológicas para a escolha da solução.

Dentro destes aspectos uma boa investigação e prospecção do subsolo é

de fundamental importância para se ter o modelo geológico-geotécnico adequado

“para compreender o comportamento dos maciços naturais.” (DALATIM, 2013).

A fundação muitas vezes é vista como um sistema autônomo e estrutural,

um comportamento desassociado das outras estruturas, porém seu

comportamento tem enorme influência na totalidade da obra bem como em sua

circunvizinhança tornando-as uma só, como afirma (LEGGET, 1962) e descreve

este aspecto na citação abaixo:

Todas as estruturas de engenharia têm de ser suportadas, de alguma maneira, pelos materiais que formam a parte superior da crosta terrestre. Existe, portanto uma conexão inevitável entre as condições geológicas e o projeto de construção de fundação. (LEGGET apud OLIVEIRA, 1998: p. 381).

Sendo assim dizemos que a fundação se caracteriza pela função de

transmissão de cargas das estruturas superiores como lajes, vigas, pilares entre

outros e a fundação faz parte e integra esses sistemas de estruturas. (OLIVEIRA,

1998).

Para Schnaid (2000) ”O reconhecimento das condições do subsolo

constitui pré-requisito para projetos de fundações seguros e econômicos”, estas

13

informações são extremamente necessárias para os projetos de fundações terem

excelente desempenho.

Oliveira (1998) divide as fundações em superficiais e profundas. As

fundações superficiais também são conhecidas como rasa ou direta, sua

principal característica é que a carga é transmitida, predominantemente sob a

base da fundação. Outra característica desse tipo de fundação é que a

profundidade de assentamento da base é menor que o dobro de sua base. A

fundação superficial é caracterizada em radier, bloco, sapata, sapata associada

ou radier parcial, sapata corrida e viga de fundação. As fundações profundas

“estão assentes a uma profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão

em planta”, ou seja, a profundidade da fundação é superior a duas vezes sua

base. Porém Oliveira também afirma que essa dimensão de profundidade pode

ser menor desde que , e em casos excepcionais, sejam justificáveis pela

capacidade de suporte de carga do solo. Alguns tipos de fundação profunda

como estaca pré-moldada, estaca tipo franki, estaca escavada e tubulão.

(OLIVEIRA, 1998)

As fundações cravadas e moldadas in loco (escavadas) podem ser

ilustradas na figura abaixo:

Figura 1 Alguns tipos de fundações profundas

Fonte: Adaptado de (OLIVEIRA, 1998, p. 383).

14

2.2 SISTEMA DE INSTALAÇÕES DE ESTACAS

2.2.1 Classificação em estacas moldadas e cravadas

“As fundações profundas podem se classificadas segundo vários critérios”. De

acordo com o material, podem ser classificadas em de madeira, de concreto, de aço

e mistas. De acordo com o processo executivo, as estacas podem ser separadas

segundo o grau de deslocamento do solo que provocam ao serem executadas.

(VELLOSO, 1998).

Segundo Velloso (1998), as estacas podem ser classificadas como:

A) De deslocamento: onde estariam as estacas cravadas em geral, uma vez que

o solo no espaço que a estaca vai ocupar é deslocado horizontalmente, e.

B) De substituição, onde estariam as estacas escavadas em geral, uma vez que

o solo no espaço que a estaca vai ocupar é removido, causando algum nível de

redução nas tensões horizontais geostáticas.

Tabela 1 Tipos de estacas

Estacas

Madeira

pre moldadas de concreto

tubos de aço de ponta fechada

tipo franki

microestacas injetadas

Perfis de aço

Tubos de aço de ponta aberta

estacas helice especiais

Escavadas com revestimento metalico

perdido que avança à frente da escavação

estaca raíz

Escavadas sem revestimento ou com uso

de lama

Tipo Strauss

Estaca Helice contínua em geral

Grande

Pequeno

De deslocamento

Tipo de execução

De substituição

Sem deslocamento

Fonte: Adaptado de (Velloso e Lopes, Fundações : Criterio de projeto, invetigação

subsolo, fundações superficiais, fundações profundas. Vol completo p.182.)

2.3 ESTACAS CRAVADAS METÁLICAS

“ As estacas metálicas são constituídas por peças de aço laminado ou

soldado tais como perfis de seção I e h, chapas dobradas de seção circular (tubos),

quadrada e retangular bem como os trilhos”.(NIYAMA, 1998).

Alonso (2000) caracteriza as estacas metálicas como constituídas de tubos

metálicos, trilhos e perfis compostos ou simples como “I”, “H”, “U”, também

15

estipula a faixa de capacidade de carga entre 400 a 3000 kN e é considera a

estaca mais cara por capacidade de carga. Apesar disso as estacas metálicas

apresentam condições vantajosas em relação a outras estacas como, por

exemplo, menor vibração na cravação principalmente os perfis simples, podem

eliminar vigas de equilíbrio quando suportam pilares de divisa, serve de

escoramento, podem ser usadas de reforço de fundação e aceitam emendas

soldadas, entre outras.

As estacas metálicas são estacas que oferecem maior capacidade de carga

por unidade de área de seção, elas são indicadas para terrenos com perfil geológico

irregular, com muitas pedras ou matações, ou estacas muito curtas, onde se torna

difícil e muitas vezes até impossível a cravabilidade das estacas de concreto armado,

segue abaixo tabela 2 com tipos de e denominação de perfis metálicos. (NIYAMA,

1998).

Tabela 2 Topo de Perfis metálicos

Tipo de perfil Denominação Area cm² Peso (N/m) Carga Maxima(Kn)

H 6" x 6" 47,3 371 400

I 8" x 4" 34,8 273 300

I 10" x 4 5/8" 48,1 377 400

I 12 x 5 ¹/4" 77,3 606 700

TR 25 31,4 246,5 250

TR 35 40,9 320,5 350

TR 37 47,3 371,1 400

TR 45 56,8 446,5 450

TR 50 64,2 503,5 550

TR 57 72,6 569 600

Trilhos C.S.N.

Perfis

laminados

C.S.N

Fonte: Adaptado de Niyama, 1998 p. 377.

De acordo com a NBR 6122/2010 as estacas devem ser dimensionadas com

uma área útil menor do que as especificadas pelos seus fabricantes nos catálogos.

Segundo a NBR 6122/2010 o coeficiente de segurança contra a ruptura deve ser

maior ou igual a 2,0. Sendo que é possível trabalhar com um fator de segurança

menor como, por exemplo, de 1,6 desde que seja executada uma prova de carga

prévia nas estacas antes do detalhamento do projeto de fundações.

16

O valor dessa carga de ensaio será definido na NBR 6122/2010, onde está

em discussão, e dependerá, inclusive, da quantidade de provas de carga a serem

realizadas, mas sempre será um valor inferior ao valor da carga de trabalho.

2.4 ESTACAS CRAVADAS PRÉ- MOLDADAS

As estacas pré-moldadas de concreto armado são a opção mais indicada

para terrenos com presença de água e com possibilidade de desmoronamento. Sua

capacidade de carga é dada pelo atrito lateral gerado pelo esforço de cravação e

pela resistência de ponta. Segundo Alonso (1998) estas estacas têm cargas

nominais entre 180 e 1300 Kn, variando seu diâmetro de 15 a 42 cm.

Alonso (1998) afirma que “As estacas pré-moldadas podem ser constituídas

por um único elemento estrutural (madeira, aço, concreto armado ou protendido) ou

pela associação de dois elementos (e não mais do que isto, quando será

denominada “estaca mista”).

Se as estacas pré-moldadas necessitarem de emendas, elas devem ser

projetadas e cravadas de forma que impeça a separação entre os elementos

emendados, também deve manter o alinhamento e suportar as cargas de trabalho

da estaca. As emendas das estacas pré-moldadas podem ser por luvas de aço

soldadas ou apenas encaixadas, como mostra a figura 2. (BENAPAR, 2012).

Figura 2 Alguns tipos de luvas de emenda para estacas

Fonte: Adaptado de catálogo técnico Benapar.

17

Referente o espaçamento das estacas, conforme NBR 6122/2010 adota-se

um espaçamento mínimo de 2,5 vezes o diâmetro da estaca, nunca sendo inferior a

60 cm.

2.4.1 Cravação de estacas pré-moldadas

As tensões de cravação das estacas devem ser sempre inferiores à tensão

característica do concreto, recomenda-se por norma que sejam inferiores a 0,85 fcd.

“Como as tensões de compressão que surgem na cabeça da estaca no momento de impacto são diretamente proporcionais à altura de queda do martelo, para evitar o esmagamento da cabeça da estaca deve-se trabalhar com altura de queda pequenas, em geral não maiores que 1,00m, e adotar amortecedores. Assim quando a estaca precisa ser cravada a grande profundidade ou penetrar camadas resistentes, devem-se adotar martelos mais pesados, é comum se empregar martelos de até 40 kN ou mesmo mais pesados”. (VELLOSO, 1998: p. 381).

2.4.2 Metodologia executiva

Quando da execução da cravação das estacas serão emitidos Boletins de

previsão de negas, repiques e Boletins de controle da cravação de cada estaca. O

sistema de cravação das estacas será dimensionado de modo a levar a estaca até a

profundidade prevista para a sua capacidade de carga, sem danificá-la. Com esta

finalidade, serão usados martelos mais pesados, com menor altura de queda que é

mais eficiente do que martelos mais leves, com grande altura de queda, mantendo o

mesmo conjunto de amortecedores. (AMARAL, 2010)

A cravação será sempre bem ajustada e com todos os elementos

constituintes, tanto estruturais quanto acessórios, em perfeito estado, a fim de evitar

quaisquer danos às estacas durante a cravação. No caso de estacas com

capacidade de carga até 1 MN, quando empregado martelo de queda livre, a relação

entre o peso do martelo e o peso da estaca será a maior possível, não serão

adotados martelos cujo peso seja inferior a 15 KN, nem relação entre peso do

martelo e o peso da estaca inferior a 0,7. O Bate-estacas se movimentará sobre

rolos, pranchas ou esteira, sendo constituído de chassis reforçado e torre rígida,com

altura compatível com os maiores elementos de estacas a serem cravados.

(AMARAL, 2010)

18

No caso em que a cota de arrasamento estiver abaixo da cota do plano de

cravação, poderá ser utilizado um componente suplementar, denominado prolonga

ou suplemento, desligado da estaca propriamente dita. Este suplemento será

retirado após a cravação. (AMARAL, 2010)

A Equipe de cravação das estacas será responsável pelo posicionamento do

componente a ser soldado sobre a estaca já cravada, devendo o elemento superior

seguir a inclinação do elemento inferior, buscando um bom assentamento perimetral

dos anéis de chapa das estacas, e axiliada das partes emendadas. Verificação do

estado do topo do elemento inferior, se danificado, deverá ser recomposto,

retomando a cravação somente após decorrido o tempo necessário à cura da

recomposição. Limpar os anéis com escova metálica apropriada, retirando-se terra,

óleo ou graxa que eventualmente possam existir. Proceder à soldagem perimetral

dos anéis de emenda, utilizando eletrodos de diâmetro máximo igual ao diâmetro

máximo igual ao da espessura da chapa. Os eletrodos utilizados serão de acordo

com a especificação do projetista ou fabricante. Cravar novos componente quando

necessários até que se obtenham as negas e repiques previstos no boletim.

Registrar os valores no boletim de controle de cravação de cada estaca. (AMARAL,

2010)

Quando previstos ou observados esforços significativos de tração decorrentes

da cravação, o processo de cravação será ajustado de modo a minimizar tais

esforços, para não colocar em risco a estaca, como mostra na figura 3. (BENAPAR,

2012).

Figura 3 Sequência de cravação de estacas

Fonte: Adaptado de catalogo técnico Benapar

19

2.5 ENSAIOS DE SOLO E DA ESTACA

2.5.1 Ensaio com sondagem standard penetration test (SPT)

A sondagem a percussão é o ensaio de simples reconhecimento do solo para

dimensionamento de capacidade de carga em fundações. Seu procedimento de

execução está normalizado através da NBR 6484 e de modo mais completo no

manual de especificações e procedimentos da ABEF. (AMARAL, 2002)

Os dados obtidos através dos ensaios são:

a) A determinação dos tipos de solo em suas respectivas profundidades

de ocorrência;

b) A posição do nível de água;

c) Os índices de resistência à penetração (NSPT) a cada metro;

A NBR 6484 determina que, para o ensaio siga o padrão, o peso deve ser de

650 N e descer em queda livre de altura de 75 cm. A energia padrão de cravação

transmitido ao amostrador deve ser garantida. Para isso, não se permite que mudem

sequencias executivas que possam afeta-lo tais como:

1) Mudança do tipo de cabo de levantamento do martelo do material de

sizal (o padrão) para cabo de aço, com ou sem roldana.

2) Uso de coxim e cabeça de bater;

Podemos citar alguns problemas executivos que causam variações na energia

padrão:

- Desgaste e diminuição da seção da corda

- Curvatura das hastes

- Mudança da forma do martelo e da cabeça de bater pelo desgaste

- Variação do procedimento quanto ao fim da perfuração por lavagem e inicio

da perfuração com a cravação do amostrador padrão, queda do amostrador com

certa altura, no seu posicionamento inicial, antes da contagem dos golpes do

martelo.

Schnaid, (2000) descreveu os seguintes fatores que causam variação na

energia transferida:

20

a) Martelo - energia transferida pelos diferentes mecanismos de

levantamento e liberação, massa do martelo, uso de cepo de madeira no martelo;

b) Hastes – peso e rigidez, comprimento, perda de energia nos

acoplamentos.

c) Amostrador – integridade da sapata cortante uso de válvula, uso de

revestimento plástico interno (prática americana).

A tendência moderna recomenda a medida de energia para cada pratica,

sendo a norma ASTM d.4.633-86 indicada para tal finalidade.

Embora a NBR 6484 estabeleça um padrão rígido que leve a uma energia

padrão, Belicanta mediu eficiências para uma composição – tipo de 14 metros de

comprimento e valores na faixa de 65 a 80% foram encontrados.

O ensaio realizado no Brasil, segundo a NBR 6484, Teria uma energia média

de 66% segundo Schnaid, (2000). O valor de NSPT padrão mundial é o de uma

energia de 60%%. Este valor de NSPT é chamado N60 ou de NSPT 60.

Os valores de N são extremamente sensíveis a variações de eficiência.

Há variações que são nerenes aos próprios ensaios e não podem ser

corrigidas:

- à medida que aumenta a profundidade do furo a quantidade de hastes

aumenta, diminuindo a energia transferida para a cravação do amostrador.

- à medida que a profundidade aumenta, aumenta a tensão efetiva que o

maciço exerce sobre o ponto onde existe a retirada da amostra e a contagem dos

golpes do martelo. Portanto, numa mesma sondagem, o mesmo valor do NSPT a

diferentes profundidades ocorre com solos submetidos a tensões efetivas distintas. A

resistência à penetração aumenta linearmente com a profundidade e, portanto com a

tensão efetiva. (SCHNAID, 2000)

Fatores ligados ao método de estabilização

1) Perfuração não revestida e não preenchida totalmente com água

2) Uso de bentonita.

Schnaid descreveu para os solos granulares os fatores que afetam a

resistência à penetração conforme tabela 3.

21

Tabela 3 Fatores que afetam a resistência à penetração

FATOR INFLUENCIA

INDICE DE VAZIOS Redução do indice aumenta a res is tencia à penetração

TAMANHO MÉDIO DA

PARTICULA

Aumento do tamanho médio aumenta a res is tencia à

penetração

COEFICIENTE DE

UNIFORMIDADE

Solos uni formes apresentam menosr res is tencia a

penetração

PRESSÃO NEUTRASolos finos densos di latam aumentando a res is tencia ;

solos finos muito fofos podem se l iquefazer no ensaios

ANGULOSIDADE DAS

PARTICULAS

Aumento da angulos idade aumenta a res is tencia à

penetração

CIMENTAÇÃO Aumenta a res is tencia

NIVEL DE TENSÕES Aumento de tensão vertica l ou horizontal aumenta a

res is tencia

IDADE Aumento da idade do depós ito aumenta a res is tencia .

Fonte: Adaptado de Amaral, 2002.

A correção do valor medido de NSPT para considerar ao efeito da variação da

tensão efetiva é pratica recomendável em solos coesivos, a resistência à penetração

é função da resistência não drenada. Os fatores que a influenciam são a plasticidade,

sensibilidade e fissuração da argila. (SCHNAID, 2000).

2.5.2 Ensaio de carregamento dinâmico pile driving analyzer (PDA)

Ensaio útil para avaliação da capacidade de carga das estacas é o ensaio

dinâmico conhecido como Prova de Carga Dinâmica (PDA) e também é

extremamente importante para avaliação do desempenho da estaca da fundação e

as provas de carga dinâmica serão realizadas conforme a NBR 13.208 da ABNT. O

carregamento deverá ser aplicado dinamicamente, através de golpes de um sistema

de percussão e a medição é feita através da instalação de sensores no fuste da

estaca. São usados dois pares de sensores, um transdutor de deformação

específica que gera uma tensão proporcional à deformação sofrida pelo material da

estaca durante o golpe e um acelerômetro, que gera uma tensão proporcional à

aceleração das partículas da estaca.(GROSZOWNIK, 2013 )

O sinal de cada um dos transdutores de deformação é multiplicado pelo

módulo de elasticidade do material da estaca e pela área de seção na região dos

sensores, para obtenção da evolução da força em relação ao tempo. Por isso esses

transdutores às vezes são chamados de sensores de força. O PDA tira a média dos

22

dois sinais de força assim obtidos, a fim de detectar e compensar os efeitos da

excentricidade do golpe. O sinal de cada um dos acelerômetros é integrado, para

obtenção da evolução da velocidade de deslocamento da partícula com o tempo.

Por isso esses transdutores às vezes são chamados de sensores de velocidade. Da

mesma forma que os sinais de força, o PDA também trabalha com a média dos dois

sinais de velocidade assim obtidos. (GROSZOWNIK, 2013)

A capacidade de carga é calculada pelo PDA entre dois golpes sucessivos

por um algoritmo simplificado, chamado de Método CASE. Esse resultado só é

válido para estacas homogêneas, e tem que ser confirmado posteriormente por pelo

menos uma análise CAPWAP. O PDA fornece em campo outros resultados, como

máximas tensões durante o golpe e energia máxima transferida. O controle de

capacidade de carga será por estaca, equipamento de bate estacas não incluído na

proposta. Escavações no entorno das estacas também não estão incluídas na

proposta. Conforme a NBR 13.208 da ABNT é necessário ensaiar 5% das estacas

da obra. (GROSZOWNIK, 2013)

2.5.3 Método aplicado (Nökkentved) para interação das cargas das estacas

solicitantes nas estacas

As cargas das estruturas como lajes, vigas, pilares entre outras são

distribuídas paras as estacas através de blocos de coroamento e o conjunto de

estacas consolidadas pelos blocos, é chamado de estaqueamento. Para critérios de

cálculos dessas fundações os métodos desprezam a contenção lateral do solo, os

esforços laterais são absorvidos por flexão das estacas, também consideram as

estacas birrotuladas na ponta e no topo. (ALONSO, 1998.)

Os métodos mais conhecidos são os de Schiel e Nökkentved e não considera

interação solo estrutura, modelos mais sofisticados que levam em consideração

essa interação ainda estão em desenvolvimento. Segundo Alonso 2013, Schiel

adota algumas hipóteses para seu método, essas hipóteses estão descrita abaixo:

O bloco de coroamento é considerado rígido, deformam infinitamente

menos que as estacas;

As estacas obedecem a lei de Hoock, quanto a deformação;

23

A carga de cada estaca é proporcional ao deslocamento de seu topo,

que causa encurtamento elástico;

Adota-se um sistema de eixos cartesianos;

Não considera ação do solo;

As estacas são admitidas como hastes birrotuladas;

O método de Nökkentved é mais simplificado que o método de Schiel, este

ultimo utiliza cálculos matriciais que facilitam a programação automática, porem o

outro método apresenta-se de forma mais expedita do ponto de vista pratico e

ambos os métodos utilizam as mesmas. (ALONSO, 1998).

Outro ponto citado por Alonso, 1998, que é aplicado em ambos os métodos é

que “a relação entre o deslocamento entre o topo da estaca e sua carga é dada pelo

fator de proporcionalidade Si= Ei. Ai / li denominado rigidez da estaca”. Se for pego

uma estaca que sofreu encurtamento Δl, a carga será Ni = Si . Δli , o valor relativo da

rigidez para um caso de estaqueamento misto é dado pela divisão dos fatores de

proporcionalidades diferentes para materiais das estacas diferentes e iguais mas

materiais iguais, quando o material das estacas são iguais, o resultado da divisão é

si = 1.

Alonso afirma que para estaqueamentos simétricos o Ni pode ser obtido pela

seguinte formula:

Onde:

- Ni – Carga na estaca;

- V – Carga global vertical de calculo;

- H – Carga global horizontal de calculo;

- M – Momento global de calculo;

O método de Nökkentved não é especifico para estaqueamentos simétricos,

ele pode ser aplicado em estaqueamento geral ou em estaqueamentos de simetria

dupla com estacas mistas, pois “o cálculo é feito projetando-se o estaqueamento nos

dois planos de simetria,” sendo que a parcela do seno, sen α, não é aplicada em

todas as estacas. Alonso afirma que existe uma necessidade de pesquisa da

24

posição das estacas em relação à origem dos eixos xy. Como no exemplo da figura

acima. (ALONSO, 1998).

Para Alonso, 1998 a formula usada a esse tipo de estaqueamento pode ser

descrita desconsiderando o sen α, utilizando a carga total da estrutura e o momento

em uma direção e o valor relativo da rigidez:

Onde:

- Ni – Carga na estaca;

- V – Carga global vertical de calculo;

- H – Carga global horizontal de calculo;

- My – Momento global de calculo;

- Si – Rigidez da estaca ou fator de proporcionalidade;

- si – Valor relativo da rigidez;

- E – Módulo de elasticidade;

- ∑si – Somatório de si;

- zi – Distancia das estacas ;

- zi2 – Somatório de si vezes a distancia ao quadrado;

- ∑si. z2 – Somatório de si vezes a distancia ao quadrado;

25

3 METODOLOGIA

O trabalho será realizado, inicialmente, pela pesquisa e revisão bibliográfica

dos assuntos relacionados ao tema.

O estudo de caso em questão foi escolhido pela complexidade e relevância

técnica.

Sob o ponto de vista de capacidade de carga de cada estaca utilizada e pelas

condições adversas encontradas no local da obra.

Aplicação dos métodos de cálculo de Decourt e Quaresma e Nökkentved para

apontamento dos resultados.

Análise dos ensaios de campo, com enfase nas provas de carga de PCE e

PDA.

Análise dos resultados adquiridos pelos métodos propostos e dos resultados

plotados em (softwares) especializados.

Elaboração da conclusão do estudo, bem como do relatório final do trabalho

de conclusão de curso (TCC).

26

4 RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1 SITUAÇÃO DE FATO E PROBLEMAS VERIFICADOS

Neste capítulo serão abordados os complicadores do processo executivo, os

quais resultaram na alteração da solução inicialmente proposta que era a utilização

de estacas pré-moldadas de concreto para estacas metálicas.

As estacas, conforme projeto, tinham 18,0 metros de comprimento sendo

divididas em duas partes com 10,0 e 8,0 metros com uma luva metálica para

emenda. Tais emendas seriam inseridas no momento da cravação.

As estacas foram produzidas no próprio canteiro de obras, com concreto fck

indicado em projeto de 30 MPa, porém os ensaios realizados no local da obra

comprovaram o fck utilizado de 31,19 MPa, Os traços utilizados foram classificados

em dois grupos denominados de A e B. O traço A nas proporções 1:1, 6:2, 82

A/C=0,5 e o traço B nas proporções 1:1,6:2,4 A/C=0,5 todos com a taxa de 460 kg

de cimento por m³ (conforme anexo 03). Segundo informações do próprio

engenheiro houve o controle tecnológico dos concretos com definição e

acompanhamento minucioso dos traços, amassamento, transporte, lançamento,

adensamento e cura úmida.

Abaixo tabela com resultados obtidos dos ensaios de corpo de prova

(conforme anexo 04) considerando o modulo de elasticidade e o traço de concreto

utilizado das 117 estacas do Tanque 404 e algumas estruturas adjacentes.

Tabela 4 Resultados dos ensaios de resistência dos corpos de prova por estaca

Fonte: Próprios autores

1 3 7 21 28

1 a 9 9 30672 A1,6;2,82 A/C 0,5 0 21,7 23,6 35,6 42

1 a 9 9 30672 A1,6;2,82 A/C 0,5 0 19,9 24,1 36,2 41,7

10 a 17 8 30672 A1,6;2,82 A/C 0,5 6,6 22,2 27,5 32,4 35,8

18 a 26 9 30672 A1,6;2,82 A/C 0,5 3,6 19 24,5 31 35,1

27 a 32 7 30672 A1,6;2,82 A/C 0,5 0 18 28 32,8 35,2

33;34 2 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 0,9 18,8 24,2 27,9 33

35;36 2 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 2,6 25 29,3 33,3 35,7

37 a 49 17 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 2,6 19,6 25,6 31,5 0

50 a 58 6 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 2,6 19,5 23,4 26,5 0

59 a 69 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 2,5 19,5 25,3 29,4 0

70 a 75 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 6,2 18,5 25,2 0 0

76 a 82 9 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 0,3 18,9 26,1 26,3 0

83 a 91 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 2,7 18,5 28,3 31,7 0

92 a 98 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 7,9 19,2 25,1 26,4 0

99 a 115 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 7,8 19,2 23,1 0 0

117 a 133 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 9,9 19,6 25,2 0 0

134 a 148 8 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 0,2 19,4 27,7 0 0

149 a 157 9 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 5,4 19,4 26,6 0 0

Traço do concreto taxa

460kg/m3

Resistência (Mpa)

ESTA

CAS

CRA

VA

DA

S

PRÉ-

MO

LDA

DA

S

Numero das Estacas Quantidade (un)

Módulo de

eslasticidade

(Mpa)

27

O fck do concreto aos 28 dias utilizados no concreto das estacas foi aferido

pelo procedimento a seguir:

Sdfcmfck 645,1

Onde: concreto do compressão a ticacaracterís aresistênci fck

prova de corpos dos média aresistênci fcm

amostragem da padrão desvio Sd

O desvio padrão foi obtido, através da Curva de Gauss, pela expressão:

1

2

n

fcmfccSd

i

Os corpos de prova apresentaram os resultados abaixo:

MPa. 35,7

MPa; 33,0

MPa; 35,2

MPa; 35,1

MPa; 35,8

MPa; 41,7

MPa; 42,0

7

6

5

4

3

2

1

fcc

fcc

fcc

fcc

fcc

fcc

fcc

O fck obtido foi de 31,19 MPa, porém considerando a solidez que as primeiras

estacas cravadas (menos de 10%) tinham ao oito dias, com resistência aproximada

de 20 MPa, foi possível permitir que a equipe de campo iniciasse a cravação.

Após iniciada a cravação, foram verificadas negas com aproximadamente

9,50 metros, ou seja, não era possível a cravação de 18,00 metros conforme

especificação em projeto porque as estacas estavam quebrando com os excessivos

golpes em suas cabeças (conforme anexo 05).

Diante desta situação, ficou evidenciado um grande problema, inclusive

norteador desta pesquisa e estudo de caso, onde os comprimentos cravados

estavam inferiores aos especificados em projeto, resultando menores capacidades

de suporte para toda a fundação em relação ao projeto.

A primeira medida adotada foi consultar o projetista, o qual alterou o projeto

recomendando a utilização simultânea das estacas de concreto com 10,0 metros de

comprimento e estacas metálicas com perfis existentes no canteiro com

comprimentos de 22,0 metros.

28

Em seguida foram realizados, em seis estacas, ensaios de PCE e PDA os

quais resultaram capacidades variáveis para as estacas. A especificação detalhada

das capacidades de suporte das estacas e conjunto de fundação estão adiante na

continuidade deste trabalho.

Considerando a utilização simultânea de duas alternativas diferentes para

fundação, foi necessária a verificação da rigidez do conjunto de estacas e da placa

de apoio pelo método de Nökkentved a fim de se verificar a estabilidade do conjunto.

Segue abaixo figuras referentes o processo de fabricação e cravação das

estacas.

Figura 4 Montagem das formas e armações das estacas

Fonte: Benapar

29

Figura 5 Concretagem e fabricação das estacas

Fonte: Benapar

Figura 6 Cravação das estacas pré-moldadas de concreto

Fonte: Benapar

30

Figura 7 Forma e armadura da base do tanque 404

Fonte: Benapar

Figura 8 Concretagem na base do tanque 404

Fonte: Benapar

31

4.2 AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS PELO

MÉTODO EMPÍRICO DE DECOURT E QUARESMA E ANÁLISE DAS

PROVAS DE CARGA PDA E PCE

A avaliação da capacidade de carga das estacas consiste da determinação da

carga admissível de cada estaca implantada, sendo as de concreto e as metálicas,

as estacas que serão avaliadas foram previstas em projeto na fase de revisão depois

dos problemas verificados na obra para a cravação das estacas de concreto

inicialmente previstas com 18 metros.

Com o novo comprimento de 10 metros das estacas de concreto e 22 metros

das estacas metálicas, ficou evidenciado que a capacidade de suporte de todo o

conjunto de fundação foi alterado. A analise se torna relevante por que é sabido que

a utilização de 2 métodos de fundação simultaneamente oferece capacidades de

suporte diferenciados para os dois tipos.

A partir de então, foram aplicados os métodos de Decourt e Quaresma,

Provas de Carga Estática- PCE e, Prova de carga Dinâmica – PDA.

O método Decourt e Quaresma consiste na classificação do solo, de seus

estratos, para a definição das resistências de ponta e lateral a cada metro de

profundidade sendo válido para todas as estacas implantadas.

O ensaio de PCE consiste na aplicação de uma carga estática no topo da

estaca com o auxilio de equipamentos de medição de deslocamento e forças

aplicadas. São aplicados carregamentos continuados e progressivos e, ao mesmo

tempo, são monitorados os deslocamentos até atingir a carga admissível estimada

em projeto. Neste caso, especificamente, não foram atingidas as cargas admissíveis

porque durante a evolução do carregamento as estacas romperam, não atingindo a

carga esperada em projeto.

Em resumo, para a análise dos ensaios de prova dinâmicas:

No relatório GPX 02 (conforme anexo 07) apresenta as características de

cravação das primeiras estacas de perfil metálicos cravadas com especificação

W310x 52,0, a estaca E 005 foi emendada com o uso de 4 talas de reforço 6cm x 25

32

cm soldadas a alma às abas da mesma. Os dados para a análise foram obtidos com

o ensaio de carregamento dinâmico PDA.

No relatório GPX 03 (conforme anexo 07) apresenta as características de

cravação de perfil metálico estaca 011, através do ensaio de carregamento dinâmico.

No relatório GPX 06 (conforme anexo 07) demonstra os resultados de

ensaios de prova de carga dimânica na cravação da estaca pré-moldada numero

175, nas proximidades da estaca de concreto E 65 (conforme anexo 06), com

dimensão de 0,30 m x 0,30 m e comprimento cravado de 9,40 metros.

Em resumo, para a análise dos ensaios de prova estática:

No relatório GPX 04 (conforme anexo 07) foi relatado os resultados dos

ensaios da prova de carga estática na estaca 006 localizada no tanque 404 area do

cozimento foi cravado um perfil metálico 310x52,0 com comprimento de 21,50

metros.

No relatório GPX 07 (conforme anexo 07) apresenta os resultados de ensaios

de prova de carga estática a compressão realizada em uma estaca alaeatoria

localizada entre os tanques 404 e 405 na área do cozimento, a estaca ensaiada é

pré-moldada com perfil quadrado de 0,30m x 0,30m e comprimento cravado de

9,5metros.

Segue abaixo tabela 4 com resultados de campo PDA e PCE para obtenção

das cargas admissíveis.

Tabela 5 Resultados de ensaios de campo PDA e PCE

TIPO DE

ENSAION˚ RELATÓRIO

COMPRIMENTO

(M)N˚ ESTACA

CARGA NA

RUPTURA

CARGA

ADMISSIVEL

PDA GPX 02 W310x52 21,5 5 61,5 30,75

PDA GPX 02 W310x52 11,5 6 52,4 26,2

PDA GPX 03 W310x52 22 11 69 34,5

PDA GPX 03 W310x52 22 1 73,2 36,6

PCE GPX 04 W310x52 21,5 6 75 37,5

PDA GPX 06 30x30 cm 9,4 175 69,9 34,95

PCE GPX 07 30x30 cm 9,5 prova 80 40

TIPO DE

ESTACA

me

tálic

aco

ncr

eto


Após serem analisados os resultados dos ensaios de campo relacionados na

tabela 4, considerou-se o menor valor da carga admissível para os cálculos de

33

dimensionamento da fundação para reformulação do projeto, sendo as cargas de

estacas pré-moldadas 34,95 tf e metálicas 26,20 tf.

Para confirmação e comparação das cargas admissíveis por estaca, foram.

calculados pelo método empírico Decourt e Quaresma conforme relacionado nas

tabelas 5,6,7,8 e 9, sendo utilizada a sondagem mais próxima SP 01, (conforme

anexo 08)

Tabela 6 Valores de coeficiente β

Tipos de estacas

Tipo de solos Cravadas Moldadas em

geral Hélice

continua Estaca

raiz Estaca injetada

Moldada com lama

Areia 1,0 0,5 1,0 1,5 3,0 0,6

Silte arenoso 1,0 0,65 1,0 1,5 3,0 0,75

Silte argiloso 1,0 0,65 1,0 1,5 3,0 0,75

Argila 1,0 0,8 1,0 1,5 3,0 0,9

Tabela 7 Valores de coeficiente α

Tipos de estacas

Tipo de solos Cravadas Moldadas em

geral Hélice

continua Estaca

raiz Estaca injetada

Moldada com lama

Areia 1,0 0,5 0,3 0,5 1,0 0,5

Silte arenoso 1,0 0,6 0,3 0,6 1,0 0,6

Silte argiloso 1,0 0,6 0,3 0,6 1,0 0,6

Argila 1,0 0,85 0,3 0,85 1,0 0,85

Tabela 8 Valores de NSPT por metro da sondagem 01

Profundidade (m) Nspt Comprimento (m) Nspt

1 13 9

2 32 14 10

3 17 15 9

4 3 16 11

5 3 17 16

6 2 18 21

7 2,5 19 36

8 2 20 37,5

9 3 21 39,23

10 4 22 41,74

11 3 23 45

12 9 23,27 44

34

Tabela 9 Valores de coeficiente k (Kn /m²)

Tipos de estacas

Tipo de solos k escavadas k deslocamento

Areia 200 400

Silte arenoso 140 250

Silte argiloso 120 200

Argila 100 120

Cálculo Pp

ɼp=

Pp=ɼp.Ap α.k.Nsptp

ɼp= 2133,33

Pp= 192 kN

kN/m2

Onde:

PP: Carga na ruptura

PL: Parcela de atrito lateral ao longo do fuste

PP: Parcela de ponta

Tabela 10 Parcela de atrito lateral ao longo do fuste (PL)

Camada β NsptL ɼL=β.(3,33.NsptL)+10 Δz AL

(m2) PL=ɼL.AL

1 Silte arenoso 1,0 32,0 116,56 2,6 3,13 365,1

2 Silte argiloso 1,0 7,7 35,53 3,2 3,86 137,3

3 Argila 1,0 2,4 17,91 4,8 5,70 102,1

4 Areia 1,0

5 Areia 1,0

6 Areia 1,0

7 Argila 1,0

PL = 604,4 Kn

R=Pp+PL 796,43 kN/m2

Pw=V.ϒconc Pw= 22,5 kN/m2

Padm=PR/2 - Pw Padm= 375,72 kN

Padm= 37,57 tf

35

Ao serem analisados os métodos relacionados acima, chegou–se a conclusão

que as estacas suportariam uma carga admissível de 26,2 tf para estacas metálicas

e 34,95 tf para estacas de concreto. A seguir tabela com os resultados finais obtidos

com os métodos.

Tabela 11 Cargas admissíveis por tipos de estacas através dos ensaios

TIPO DE FUNDAÇÃOCOMPRIMENTO

(m)

CARGA

ADMISSIVEL (tf)

CARGA

ADMISSIVEL (kN)

ESTACA METÁLICA W310x 52,0 22 26,2 262

ESTACA PRÉ MOLDADA 30x30 cm 10 34,95 349,5


4.3 DETERMINAÇÃO DAS CARGAS DA RIGIDEZ DAS ESTACAS PELO

MÉTODO NÖKKENTVED

4.3.1 Apresentação

A determinação das cargas das estacas pelo método de Nökkentved consiste

no cálculo individualizado da carga em cada estaca constituinte da placa de base do

tanque de pré filtrado da obra em questão, conforme figura 9.

Figura 9 Planta de locação das estacas

36

Considerando que cada estaca tem capacidade diferente em função de seu

comprimento, seção transversal, resistência característica a compressão e módulo

de elasticidade é possível à determinação da rigidez do conjunto de estaqueamento

misto, uma vez que, estão sendo utilizadas estacas de concreto e metálicas

simultaneamente.

4.3.2 Origem dos dados

Os dados tabulados do presente calculo foram obtidos do projeto revisado

constituído por 57 estacas metálicas e 60 estacas pré-moldadas, somando um total

de 117 estacas.

As estacas foras instaladas de forma radial sob uma placa de concreto com

espessura de 50 cm, com intereixos variáveis entorno de 80 cm.

Ainda para os cálculos aplicado ao tanque de filtrado pelo Método de

Nökkentved admite-se cargas e momentos máximos de cálculo (V e My) do projeto

revisado.

4.3.3 Resultados obtidos

A planilha a seguir apresenta o calculo discriminado da carga de cada estaca,

sendo constituído por numeração das estacas, comprimento, resistência das estacas,

módulo de elasticidade, rigidez, fator de rigidez, carga nas estacas e tensões nas

estacas. Também foram adotadas as Propriedades de Materiais por tipos de estacas.

Tipo de aço das estacas metálicas ABNT EB-583 /MR-250;

Tensão de escoamento σesc = 250 MPa;

Tensão de ruptura σrup = 460 MPa;

Tipo Concreto estacas metálicas pré-moldada;

Resistência característica a compressão Fck = 30 MPa;

Resistência de cálculo a compressão Fcd = 21,43 MPa para γ=1,4;

37

4.3.4 Memória de cálculo pelo Método de Nökkentved para dimensionamento das

cargas

41

Tabela 12 Cargas e tensões nas estacas


O método demonstrou que as estacas são sujeitas ao carregamento de 82,60

kN, a 92,70 kN, para estacas metálicas as quais são inferiores a carga admissível.

Para as estacas de concreto as cargas variaram de 352,90 kN, a 392,80 kN, as

quais são superiores a carga admissível, conforme tabela a seguir.

Tabela 13 Cargas admissíveis x cargas aplicadas

Tipo carga admissivel( kN) carga aplicada (kN) resultado

estacas de concreto 349,5 392,8 112,4%

estacas metálicas 262 92,7 35,4%


As estacas de concreto representam o carregamento de 81,70% do total da

carga, e as estacas metálicas 18,20%, conforme tabela abaixo.

Numero das Estacas Comprimento (m) Resistência (Mpa)

Módulo de

eslasticidade

(Mpa)

Rigidez

(MN/m)

Fator de

Rigidez

1;8;11;14;36;39;42 22 450 210000 64,9 1 87,7 87,7 12,89 12,89

2;30 22 450 210000 64,9 1 87,5 87,8 12,87 12,92

3;4;31;32 22 450 210000 64,9 1 87,3 88,0 12,84 12,94

5;6;33;34 22 450 210000 64,9 1 87,1 88,2 12,81 12,97

7;9;35;37 22 450 210000 64,9 1 87,0 88,4 12,79 12,99

10;12;38;40 22 450 210000 64,9 1 86,8 88,5 12,76 13,02

13;15;41;43 22 450 210000 64,9 1 86,6 88,7 12,74 13,05

16;44 22 450 210000 64,9 1 86,8 88,5 12,77 13,01

17;18;45;46 22 450 210000 64,9 1 86,0 89,3 12,65 13,13

19;20;48;47 22 450 210000 64,9 1 85,2 90,1 12,53 13,25

21;23;49;51 22 450 210000 64,9 1 84,4 90,9 12,41 13,37

22;50;; 22 450 210000 64,9 1 84,3 91,0 12,40 13,39

24;26;52;54 22 450 210000 64,9 1 83,6 91,8 12,29 13,50

25;53 22 450 210000 64,9 1 83,5 91,9 12,27 13,51

27;29;55;57 22 450 210000 64,9 1 82,7 92,6 12,16 13,62

28;56 22 450 210000 64,9 1 82,6 92,7 12,15 13,64

58;73;88;103 10 25 30672 276 4,25 367,8 377,9 4,09 0,05

59;74;90;104 10 25 30672 276 4,25 366,9 378,8 4,21 4,21

60;75;89;105 10 25 30672 276 4,25 363,4 382,2 4,25 4,25

61;78;91;108 10 25 30672 276 4,25 365,9 379,7 4,22 4,22

62;77;92;107 10 25 30672 276 4,25 362,7 382,9 4,25 4,25

63;76;93;106 10 25 30672 276 4,25 360,3 385,3 4,28 4,28

64;79;94;112 10 25 30672 276 4,25 356,5 389,2 4,32 4,32

65;80;95;111 10 25 30672 276 4,25 359,0 386,6 4,30 4,30

66;81;96;110 10 25 30672 276 4,25 362,2 383,5 4,26 4,26

67;82;97;109 10 25 30672 276 4,25 365,6 380,0 4,22 4,22

68;83;98;117 10 25 30672 276 4,25 364,5 381,1 4,23 4,23

69;84;99;116 10 25 30672 276 4,25 360,8 384,8 4,28 4,28

70;85;100;115 10 25 30672 276 4,25 357,6 388,1 4,31 4,31

71;86;101;114 10 25 30672 276 4,25 354,9 390,8 4,34 4,34

72;87;102;113 10 25 30672 276 4,25 352,9 392,8 4,36 4,36

Carga (kN) Tensão (MPa)

ESTA

CA

S C

RA

VA

DA

S

MET

ÁLI

CA

SP

RÉ-

MO

LDA

DA

S

42

Tabela 14 Cargas admissíveis x cargas aplicadas

tipo carga (kN) participação

estacas de concreto 22369,2 81,70%

estacas metálicas 4996,8 18,30%

27366,0


4.4 ANÁLISE DA VARIAÇÃO DAS TENSÕES APLICADAS NA PLACA DE

FUNDAÇÃO EM RELAÇÃO À VARIABILIDADE DA RIGIDEZ DAS

ESTACAS

4.4.1 Apresentação

A análise da variação das tensões foi realizado para verificar o espraiamento

da tensão na placa. A análise para variação da rigidez e isocargas foi realizado para

verificar as condições de rigidez da estaca e diferenças de carregamento através de

plantas com isocurvas.

4.4.2 Programas Computacionais

O modelo computacional das curvas de isocargas (kN), rigidez (MN.m-1) e

fator de rigidez (adimensional), foram analisadas pelo AutoCad 2006 com ferramenta

de modelagem de curvas ISO (lugar geométrico de mesmo nível de valor).

A condição de contorno para gerar as curvas foi de X= coordenada plana no

eixo “x” de localização da estaca; Y= coordenada plana no eixo “y” de localização da

estaca; Z= carga em kN, rigidez em MN.m-1 e fator de rigidez com seu valor sem

unidade.

Para as analises foram utilizados os seguintes software: Planilhas MS Excel

desenvolvidas pelos educandos; AutoCad Autodek 2006; SAP 2000 v. 16 Erval CSI.

Os dados de entrada nos softwares AutoCad e SAP 2000, são oriundos do

método de Nökkentved e de desenhos de projeto, esses dados são: localização das

estacas, cargas nas estacas, rigidez nas estacas e seus respectivos fatores de

rigidez. Os resultados obtidos através do método de ISO curvas do programa

43

AutoCad, demonstrado na figura 10, indicam que as estacas de concreto possuem

maior carga do que as estacas metálicas.Isso acontece porque as estacas de

concreto tem maior rigidez.

Figura 10 Planta com isocargas (kN)


Os resultados obtidos através do método de ISO curvas do programa AutoCad,

demonstrado na figura 11, indicam que as estacas de concreto possuem maior

rigidez do que as estacas metálicas. Isso acontece devido que o comprimento das

estacas metálicas é maiores que as estacas de concreto e a sessão plena são

menor que faz a peça metálica serem esbelta do que a estaca de concreto

44

Figura 11 Planta de isorigidez (MN.m -1)



demonstrado na figura 12, indicam que as estacas de concreto possuem maior fator

de rigidez do que as estacas metálicas, isso ocorre devido pelo mesmo motivo da

rigidez.

Figura 12 Planta de fator de rigidez (adimensional)


45

O modelo computacional da placa de concreto foi analisado pelo método de

elementos finitos através do software SAP 2000 v. 16, onde foram definidas as

condições de contorno, condições de contato, carregamentos, propriedades e a

malha para cálculo.

A condição de contorno para gerar a placa do bloco de coroamento, foi de X=

coordenada plana no eixo “x” de localização da estaca; Y= coordenada plana no eixo

“y” de localização da estaca; Z= carga em kN conforme é visto nos pontos de

numeração das estacas na planta do tanque na figura 13. A condição de contorno

para a verificação das tensões na placa de concreto foi de fixar o eixo Z quanto ao

deslocamento e deixar com grau de liberdade os outros eixos.

Figura 13 Planta e elevação do tanque de filtrado


46

Os resultados obtidos através do programa SAP 2000, demonstrado na figura

14 e15 as tensões máximas e mínimas

Figura 14 Placa de concreto com tensões máximas


Figura 15 Placa de concreto com tensões mínimas


47


demonstrado na figura 16, indicam que as estacas de concreto possuem maior

tensão do que as estacas metálicas, isso ocorre devido aque a carga nessas

estacas são maiores do que nas estacas metálicas, havendo uma concentração de

tensão na região das estacas de concreto.

Esses resultados então, demonstraram que há um sobre salto de tensão na

circunvizinhança de divisa entre os tipos de estacas.

Figura 16 Placa de concreto com isotensões


48

5 CONCLUSÃO

O estudo consistiu na análise do comportamento dos elementos de fundação

do Tanque de Pré-filtrado 404 da fábrica Jari Celulose localizada no Município de

Almerim no Estado do Pará.

As análises foram necessárias porque o projeto original de fundação com

estacas de concreto não foi possível por causa da nega antes da cravação na

profundidade indicada em projeto. Com a redução dos comprimentos das estacas,

houve a redução das capacidades portantes do conjunto de estaqueamento.

Para remediar o problema o projeto foi revisado para utilização de

estaqueamento misto com estacas de concreto e estacas metálicas.

As estacas de concreto, com seção 30 x 30 cm foram convenientemente

produzidas no próprio canteiro de obras conforme são demonstrados nos ensaios

laboratoriais anexados. A nega das estacas ocorreu por conta do limite de

cravabilidade do solo e não por insuficiência da resistência mecânica dos concretos

utilizados nas estacas, o qual teve bom desempenho com fck de 31,19 MPa aos 28

dias.

Através do método de Decourt e Quaresma e os de prova de carga foram

determinadas as capacidades admissíveis para o estaquemaneto, conforme a tabela

a seguir:

Tabela 15 Resumo da carga admissível das estacas

TIPO CARGA ADMISSÍVEL (kN)

Estacas de concreto 349,5 kN

Estacas metálicas 262,0 kN


Na seqüência do desenvolvimento deste trabalho, foi aplicado o Método de

Nökkentved para definição das cargas das estacas, as quais segundo o método, são

49

variáveis em função de suas localizações, da área da seção transversal, do módulo

de elasticidade e de seus comprimentos.

A aplicação do método resultou as cargas máximas conforme tabela a seguir:

Tabela 16 Resumo das cargas máximas aplicadas nas estacas

TIPO CARGAS APLICADAS (kN)

Estacas de concreto 392,8 kN

Estacas metálicas 92,7 kN


Comparando-se os montantes das cargas, percebe-se que as cargas

admissíveis das estacas de concreto são inferiores às suas cargas aplicadas, ou

seja o fator de segurança é menor que o previsto em norma implicando em

recalques maiores que o previsto em projeto.

Das análises realizadas, percebeu-se que a participação das estacas

metálicas como suporte no conjunto fundação é bastante inferior à participação das

estacas de concreto, isto porque, segundo o método de Nökkentved que qualifica a

rigidez das estacas, a capacidade de deformação e o deslocamento do topo das

estacas metálicas é muito superior às estacas mais rígidas (de concreto). Tal

conclusão supõe a variabilidade das cargas que o estaqueamento misto causou uma

variação na rigidez e consequentemente nas cargas das estacas

Em seguida foram elaboradas as plantas de isocurvas como mostra a figura

18, as quais demonstraram a variação das cargas, variação da rigidez, as variações

das tensões e esforços na placa de base do tanque.

Figura 17 Planta com isocargas em perspectiva


50

Para continuidade deste trabalho, sugere-se o cálculo de recalque do

estaqueamento misto, o cálculo das armaduras das placas de base. E também

sugere-se o estudo aprofundado das variações de temperatura dos materiais

estocados no tanque e suas conseqüências nas deformação e durabilidade das

fundações.

51

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