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UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo.

VALÉRIO HENRIQUE FRANÇA

COMPORTAMENTO DE ESTACA MOLDADA “IN

LOCO” INSTRUMENTADA E CONFECCIONADA COM

CONCRETO INCORPORANDO RESÍDUO DE

BORRACHA.

CAMPINAS 2017

VALÉRIO HENRIQUE FRANÇA

COMPORTAMENTO DE ESTACA MOLDADA “IN

LOCO” INSTRUMENTADA E CONFECCIONADA COM

CONCRETO INCORPORANDO RESÍDUO DE

BORRACHA.

Tese de Doutorado apresentada à Faculdade de

Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da

Unicamp, para obtenção do título de Doutor em

Engenharia Civil, na área de Estruturas.

Orientador: Prof. Dr. Newton de Oliveira Pinto Junior

ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA TESE DEFENDIDA PELO ALUNO VALÉRIO HENRIQUE FRANÇA E ORIENTADO PELO PROF. DR. NEWTON DE OLIVEIRA PINTO JUNIOR.

CAMPINAS 2017

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS

FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E URBANISMO.

COMPORTAMENTO DE ESTACA MOLDADA “IN LOCO” INSTRUMENTADA E CONFECCIONADA COM CONCRETO

INCORPORANDO RESÍDUO DE BORRACHA.

Valério Henrique França

Tese de Doutorado aprovada pela Banca Examinadora, constituída por:

Prof. Dr. Newton de Oliveira Pinto Junior Presidente e Orientador/ UNICAMP

Profa. Dra. Maria Cecília Amorim Teixeira da Silva

FEC / UNICAMP

Prof. Dr. Paulo José Rocha de Albuquerque

FEC/ UNICAMP

Prof. Dr. Adriano Souza

UNESP – FEIS

Prof. Dr. Antônio Anderson da Silva Segantini

UNESP -FEIS

A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no processo de vida acadêmica do aluno.

Campinas 10 de Abril de 2.017

.

À minha amada mãe Eunice França

ao meu amado pai Antônio França (in

memorian) e minha amada esposa

Renata França por todo amor que me

dedicaram.

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por sempre ter me oferecido mais que eu mereço e também

por me guiar, iluminar e me dar tranquilidade para seguir em frente com os meus

objetivos e não desanimar com as dificuldades.

Aos meus pais Antônio França (in memorian) e Eunice Alves França a minha

irmã Judy Bell Lee França e a minha querida esposa Renata Cristina da Costa

França que contribuíram para tornar mais amenos os períodos de incerteza e hoje

partilham comigo a satisfação de concluir essa etapa.

Em especial ao meu pai Antônio França, pois esta realização foi fruto da

educação e dedicação ofertada juntamente com minha mãe Eunice. Também ao

meu sogro Ari da Costa (in memorian) que compartilhou das dificuldades e festejou

muito esta etapa da minha vida.

Ao Prof. Dr. Newton de Oliveira Pinto Junior pela orientação do trabalho e

pela oportunidade, amizade e todo o apoio que foi me concedido.

Ao Prof. Dr. Adriano Souza pela dedicação e disposição para auxiliar e

colaborar durante toda essa etapa.

Aos técnicos que se tornaram amigos Ronaldo, Gilson, Mário, Silvio,

Cavassano, Michelan, Francisco, Gilberto, Branco, Pascoalin, Lana, Milton, Jorge,

Sergio, Picuila, Joaquim, Bertoluci, Sumy e a todos que colaboraram para a

realização desta pesquisa.

Ao Laboratório CESP de Engenharia Civil, na pessoa do engenheiro Flávio

Moreira Salles, que colocou à disposição todas as instalações e apoio técnico, sem

os quais seria difícil alcançar o meu objetivo.

RESUMO

O estudo da incorporação de resíduos de borracha de pneus em concreto vem

sendo realizado a mais de dez anos, mas o seu uso efetivo em estacas e,

especialmente, nas estacas escavadas não se tem registro na literatura técnica e

científica. Motivado tanto pela conveniência ecológica quanto pela sustentabilidade,

decidiu-se por esta pesquisa, a qual objetivou a validação da utilização deste

concreto na confecção de estacas escavadas de pequeno diâmetro sem uso de

fluido estabilizante, que é a fundação mais indicada para obras de pequeno a médio

porte na região noroeste do Estado de São Paulo. O resíduo de borracha é um

passivo ambiental produzido em larga escala mundial, portanto a sua utilização

ambiental, e principalmente, em substituição a materiais naturais não renováveis é

de grande importância. Para avaliação deste concreto em fundações foram

confeccionadas seis estacas escavadas, com 0,30 m de diâmetro e 6,0 m de

comprimento, sendo três em concreto convencional e as demais com a utilização do

resíduo de borracha. Os resultados obtidos de resistência à compressão, módulo de

elasticidade, capacidade de carga e transferência de carga ao solo validaram a

utilização do resíduo de borracha na confecção de estacas escavadas.

Palavras-chave: Fundação; Estaca escavada; Capacidade de carga; Transferência

de carga; Borracha de pneu; Concreto.

ABSTRACT

The study of the incorporation of tire rubber waste in concrete has been conducted

for over ten years. Its actual application in piles, however, especially in bored piles,

has no record in technical or scientific literature. The motivation for this research has

derived as much from environmental convenience as from sustainability, and it aims

at validating the use of this concrete in the manufacturing of small caliber bored piles

without the use of stabilizing fluid, which is the recommended foundation for small

and medium-sized constructions in the Northwest of São Paulo State. Rubber waste

is a large-scale globally produced environmental liability of extreme relevance,

especially as a substitute for non-renewable natural materials. In order to assess this

variety of concrete in foundations, six bored piles have been manufactured, 0.3m in

diameter and 6m long, three of which were made of conventional concrete, and the

remainder used rubber waste in its composition. The results obtained in terms of

compression resistance, elasticity modulus, load capacity and load transfer to the

ground have validated the use of rubber waste in the manufacturing of bored piles.

Keywords: Foundation; Bored piles; Load capacity; Load transfer; Tire rubber;

Concrete.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Página

FIGURA 2.1 Estrutura do Pneu de Automóvel .................................................... 31

FIGURA 2.2 Raspagem da carcaça .................................................................... 33

FIGURA 2.3 Reparação da carcaça .................................................................... 33

FIGURA 2.4 Destinação da borracha reutilizada e reciclada no Japão ............... 34

FIGURA 2.5 Deposição dos pneus na voçoroca ................................................. 36

FIGURA 2.6 Enterro e reafeiçoamento do terreno após três anos ...................... 37

FIGURA 2.7 Proteção das margens do córrego com pnues inservíveis ............ 39

FIGURA 2.8 Parede de pneu insivíveis ............................................................... 40

FIGURA 2.9 Perfil qualitativo de distribuição de carga axial em uma estaca ..... 56

FIGURA 2.10 Curvas tensão - recalque típicas dos diferentes tipos de ensaios .. 72

FIGURA 2.11 Configurações de montagem da ponte de Wheatstone . ................ 75

FIGURA 2.12 Acabamento superficial de fios e barras lisas ................................. 84

FIGURA 2.13 Geometria de uma barra nervurada e a interação mecânica

entre a barra e o concreto ............................................................ 85

FIGURA 2.14 Efeito da resistência à compressão do concreto na resistência

da aderência, Ø=25mm ................................................................ 88

FIGURA 2.15 Formação de espaços vazios ou poros sob as barras

concretadas em posição horizontal devida à segregação e ao

acúmulo de água ........................................................................... 90

FIGURA 2.16 Disposição geral do ensaio de arrancamento ................................. 93

FIGURA 2.17 Ensaio de arrancamento com anel circunferencial ......................... 94

FIGURA 2.18 Ensaio de flexão em vigas .............................................................. 95

FIGURA 2.19 Corpo-de-prova para o ensaio de extremo de viga ......................... 96

FIGURA 2.20 Desenho esquemático do corpo de prova ..................................... 97

FIGURA 2.21 Ensaio de Tirantes de Concreto ...................................................... 98

FIGURA 3.1 Resultados da caracterização da areia ......................................... 102

FIGURA 3.2 Resultados da caracterização da brita 1 ....................................... 103

FIGURA 3.3 Resíduos de borracha no estado natural ...................................... 105

FIGURA 3.4 Resíduos de borracha que passaram pela peneira número 16 .... 106

FIGURA 3.5 Resultados da caracterização dos resíduos de borracha no

estado natural ............................................................................... 107

FIGURA 3.6 Resultados da caracterização dos resíduo de borracha que

serão utilizados ............................................................................. 108

FIGURA 3.7 Diagrama de dosagem-Modelo de comportamento ...................... 111

FIGURA 3.8 Diagrama de Dosagem ................................................................. 113

FIGURA 3.9 Materias dispostos no interior da betoneira .................................. 115

FIGURA 3.10 Acabamento nos corpos de prova ................................................ 115

FIGURA 3.11 Película plástica nos corpos-de-prova .......................................... 116

FIGURA 3.12 Corpo-de-prova na retificadora ..................................................... 117

FIGURA 3.13 Prensa Hidráulica ......................................................................... 117

FIGURA 3.14 Ensaio de tração diametral ........................................................... 118

FIGURA 3.15 Prensa hidráulica e medidor de deformação ................................ 119

FIGURA 3.16 Resistência à Compressão ........................................................... 121

FIGURA 3.17 Resistência à Tração .................................................................... 121

FIGURA 3.18 Módulo de Deformação ................................................................. 122

FIGURA 3.19 Distância entre as nervuras .......................................................... 124

FIGURA 3.20 Aferição da altura das nervuras ................................................... 125

FIGURA 3.21 Formas para confecção dos tirantes ............................................. 127

FIGURA 3.22 Formas untadas sobre mesa vibratória ......................................... 129

FIGURA 3.23 Adensamento do tirantes utilizando mesa vibratória ..................... 129

FIGURA 3.24 Formas cobertas com sacos de aniagem úmidos ......................... 130

FIGURA 3.25 Sistema de Carregamento ............................................................ 131

FIGURA 3.26 Marcação das fissuras .................................................................. 131

FIGURA 3.27 Mapa do estado de São Paulo ...................................................... 133

FIGURA 3.28 Campo da UNESP – Ilha Solteira ................................................. 135

FIGURA 3.29 Campo experimental da UNESP – Ilha Solteira ............................ 135

FIGURA 3.30 Posicionamento das estacas escavadas Campo experimental da

UNESP ......................................................................................... 137

FIGURA 3.31 Resultados de sondagens SPT – FEIS/UNESP ........................... 138

FIGURA 3.32 Resultados dos ensaios CPT – FEIS/UNESP............................... 138

FIGURA 3.33 Valores mínimos, médios e máximos de N das sondagens SPT .. 139

FIGURA 3.34 Valores mínimos, médios e máximos dos ensaios CPT ............... 140

FIGURA 3.35 Perfis de solo do Campo Experimental da FEIS/UNESP .............. 141

FIGURA 3.36 Posicionamento das estacas com concreto convencional e

borracha ....................................................................................... 143

FIGURA 3.37 Posicionamento do caminhão para perfuração ............................. 144

FIGURA 3.38 Retirada do solo preso ao trado .................................................... 144

FIGURA 3.39 Conferencia da profundidade da estaca ....................................... 145

FIGURA 3.40 Detalhe da fixação da viga de reação a duas estacas de reação . 146

FIGURA 3.41 Detalhe do conjunto macaco e bomba hidráulica ........................ 147

FIGURA 3.42 Detalhe da celula de carga .......................................................... 148

FIGURA 3.43 Resultados Obtidos com a calibração da célula de carga ............ 148

FIGURA 3.44 Detalhe da viga de reação, estacas de reação e estacas teste .... 149

FIGURA 3.45 Processo de regularização da superfície ...................................... 151

FIGURA 3.46 Conferencia do diâmetro da barra ................................................ 151

FIGURA 3.47 Limpeza e colagem dos extensômetros ........................................ 152

FIGURA 3.48 Aplicação de Resina RK ............................................................... 152

FIGURA 3.49 Proteção dos extensômetros ........................................................ 153

FIGURA 3.50 Pastilhas com isopor utilizadas na ponta da estaca ...................... 154

FIGURA 3.51 Barras prontas para instalação ..................................................... 154

FIGURA 3.52 Esquema de transferência de carga e deformação de uma

seção da estaca ........................................................................... 156

FIGURA 3.53 Estaca instrumentada e resultados da transferência de carga ..... 157

FIGURA 3.54 Diagramas de transferência de carga ........................................... 158

FIGURA 4.1 Tirantes ensaiados ........................................................................ 168

FIGURA 4.2 Tirantes Ensaiados – Comparação de Tirantes ............................ 169

FIGURA 4.3 Resistência à Compressão ........................................................... 174

FIGURA 4.4 Módulo de Deformação ................................................................. 174

FIGURA 4.5 Curvas carga x recalque – Estacas em concreto convencional .... 178

FIGURA 4.6 Curvas carga x recalque – Estacas em concreto borracha ........... 179

FIGURA 4.7 Nível de instrumentação e definição dos trechos 1 e 2 ................. 180

FIGURA 5.1 Curvas carga x recalque dos dois tipos de estacas ...................... 197

FIGURA 5.2 Curvas carga x recalque ............................................................... 198

FIGURA 5.3 Gráfico carga versus profundidade – PC-1 (C) ............................. 203

FIGURA 5.4 Gráfico carga versus profundidade – PC-3 (C). ............................ 203

FIGURA 5.5 Gráfico carga versus profundidade – PC-5 (C) ............................. 204

FIGURA 5.6 Gráfico carga versus profundidade – PC-2 (C+B) ........................ 204

FIGURA 5.7 Gráfico carga versus profundidade – PC-4 (C+B). ....................... 205

FIGURA 5.8 Gráfico carga versus profundidade – PC-6 (C+B). ....................... 205

FIGURA 5.9 Nível de instrumentação e definição dos trechos. ......................... 209

FIGURA 5.10 Gráfico Tensão x Deformação – Estacas em concreto

convencional PC1 – Nivel 1,2 e 3 ................................................. 211


convencional PC3– Nível 1, 2 e 3 ................................................. 211


convencional PC5– Nível 1,2 e 3 .................................................. 212

FIGURA 5.13 Gráfico Tensão x Deformação – Estacas em concreto com

resíduo de borracha PC2 – Nível 1,2 e 3 ..................................... 212


resíduo de borracha PC4 – Nível 1, 2 e 3..................................... 213


resíduo de borracha PC6 – Nível 1,2 e 3 ..................................... 213

FIGURA 5.16 Gráfico Tensão x Deformação – Comparativo entre estacas –

Nível 1 .......................................................................................... 214


Nível 2 .......................................................................................... 215


Nível 3 .......................................................................................... 215

LISTA DE TABELAS

Página

TABELA 2.1 Exemplo de composição de borracha de pneus, porcentagem

utilizada, e finalidade da adição ...................................................... 28

TABELA 2.2 Volume de produção de Pneus........................................................... 29

TABELA 2.3 Classificação das estacas .................................................................. 58

TABELA 3.1 Resultados da Caracterização do Cimento ...................................... 104

TABELA 3.2 Composição final do Concreto Convencional ................................... 113

TABELA 3.3 Composição do Concreto 10% de resíduo de borracha ................... 114

TABELA 3.4 Valores obtidos nos ensaios de resistência à compressão dos

concretos ..................................................................................... 119

TABELA 3.5 Valores obtidos nos ensaios de resistência à tração dos concretos . 120

TABELA 3.6 Valores obtidos nos ensaios de módulo de deformação dos

concretos pesquisados ................................................................. 120

TABELA 3.7 Resultados mecânicos em barras de aço. ....................................... 123

TABELA 3.8 Resultados conformação geométrica .............................................. 125

TABELA 3.9 Valores para área relativa da nervura (FR) ..................................... 126

TABELA 3.10 Dimensão dos tirantes ensaiados .................................................... 128

TABELA 3.11 Resultados dos ensaios de caracterização do solo- UNESP ......... 134

TABELA 3.12 Valores de índices físicos – UNESP/FEIS ...................................... 134

TABELA 3.13 Valores médios de N,qc, e fs – UNESP/FEIS ................................. 140

TABELA 3.14 Trabalhos no Campus Experimental - UNESP ............................... 142

TABELA 3.15 Coeficiente caracteristica do solo C ................................................ 162

TABELA 3.16 Valores do fator α e β em função do tipo de estaca e do tipo do

solo ............................................................................................... 162

TABELA 3.17 Valores para o coeficiente M1 e M2 ............................................... 163

TABELA 3.18 Valores do parâmetro αTEX ........................................................... 164

TABELA 3.19 Valores do parâmetro βTEX ........................................................... 164

TABELA 3.20 Grupo de solos e equações para previsão da carga de ruptura de

estaca escavadas ......................................................................... 165

TABELA 3.21 Coeficientes α e β ........................................................................... 167

TABELA 4.1 Espaçamento médio entre fissuras (cm) e CV (%). .......................... 169

TABELA 4.2 Coeficiente de conformação superficial das barras estudadas ......... 170

TABELA 4.3 Tensão Média de aderência ............................................................. 171

TABELA 4.4 Valores obtidos nos ensaios de resistencia à compressão dos

concretos ...................................................................................... 172

TABELA 4.5 Valores obtidos para o módulo de elasticidade dos concretos ......... 173

TABELA 4.6 Nomenclatura utilizada para as estacas nas provas de carga .......... 175

TABELA 4.7 Carga aplicada e recalque sofrido -Estacas de concreto

convencional ................................................................................. 176

TABELA 4.8 Carga aplicada e recalque sofrido -Estacas de concr. borracha ....... 177

TABELA 4.9 Valores de cargas obtidos para cada nível instrumentado, durante

os estágios de carregamento – Estaca 1...................................... 181







TABELA 4.13 Valores de cargas obtidos para cada nível instrumentado,

durante os estágios de carregamento – Estaca 4 ........................ 185

TABELA 4.14 Valores de cargas obtidos para cada nível instrumentado,


TABELA 4.15 Atrito lateral no contato solo-estca nos trechos1 e 2 – Estacas

1,3,5 concreto convencional ........................................................ 187

TABELA 4.16 Atrito lateral no contato solo-estca nos trechos1 e 2 – Estacas

2,4,6 concreto borracha ............................................................... 188

TABELA 4.17 Valores de tensão e deformação para cada nível instrumentado












TABELA 5.1 Coeficientes de conformação superficial .......................................... 195

TABELA 5.2 Cargas de ruptura obtidas nas provas de carga PC-1 (C), PC-3 (C)

e PC-5 (C) .................................................................................... 199

TABELA 5.3 Cargas de ruptura obtidas nas provas de carga PC-2 (C+B), PC-4

(C+B) e PC-6 (C+B) ..................................................................... 199

TABELA 5.4 Comparativo entre as cargas médias de ruptura .............................. 201

TABELA 5.5 Cargas de ruptura estimadas por métodos empíricos. ..................... 201

TABELA 5.6 Comparação entre cargas de ruptura obtidas nas provas de carga

(Qr,pc) e estimadas por métodos empíricos (Qr,estimada). ......... 202

TABELA 5.7 Cargas de ponta e de atrito lateral, na ruptura ................................. 206

TABELA 5.8 Resistência de ponta e atrito lateral unitário, na ruptura ................... 208

TABELA 5.9 Diferenças percentuais entre deformações do Nível 1 –PC-3 (C) e

PC-2 (C+B). .................................................................................. 217


PC-2 (C+B). .................................................................................. 218


PC-2 (C+B). .................................................................................. 219

TABELA 5.12 Comparação entre percentuais de diferenças médias entre

deformações e o módulo de elasticidade dos concretos

estudados. .................................................................................... 219

LISTA DE SÍMBOLOS

Ap : área da seção transversal da ponta da estaca

As : área lateral da estaca

CC : célula de carga

CCP : célula de carga de ponta

dQ : carga transferida ao solo no trecho dz

dy : encurtamento da estaca no trecho dz

dz : altura do elemento (trecho) de estaca analisado

E : módulo de elasticidade

EPI : estaca piloto instrumentada

f : atrito lateral unitário

fmáx : atrito lateral unitário máximo

FS : fator de segurança

N : resistência a penetração do ensaio SPT

qc : resistência de ponta do ensaio de cone

qp,r : resistência de ponta, na ruptura

Q : carga normal axial

Qadm : carga admissível

Qrm,pc : carga de ruptura média determinada por provas de carga

Qp,r : carga de ponta, na ruptura

Qr : carga de ruptura

Qr,cal : carga de ruptura estimada por método empírico

Qs,r : carga de atrito lateral, na ruptura

R : raio

f : ângulo de atrito na interface solo-estaca

: recalque

: deformação específica do elemento

,

rc : tensão efetiva radial local equalizada

,

rs : tensão efetiva radial local estacionária

rf : atrito lateral unitário na ruptura

rz : tensão cisalhante local

QT : capacidade de carga da estaca ou carga de ruptura.

QL : resistência última lateral.

QP : resistência última de ponta ou base.

W : peso próprio da estaca.

qu : tensão limite no nível da ponta.

fu : tensão limite de cisalhamento ao longo do fuste.

U : perímetro.

c : coesão do solo.

c’ : coesão efetiva.

γ : peso específico do solo.

D : diâmetro da estaca.

NC, NQ : coeficientes de capacidade de carga, em função do ângulo de atrito e da

geometria da estaca.

z : profundidade total da camada de solo.

L : comprimento da estaca.

k : coeficiente de empuxo.

k0 : coeficiente de empuxo no repouso.

Ø : ângulo de atrito.

Ee : módulo de elasticidade da estaca.

ES : módulo de elasticidade do solo.

K : coeficiente que depende do tipo de solo.

αDEC : fator aplicado à parcela de ponta; de acordo com o tipo de solo e o tipo de

estaca; (Décourt e Quaresma, 1976;1996).

αTEX : Parâmetro adotado em função do tipo do solo e do tipo da estaca do método

de (Texeira, 1996).

αUFGRS : coeficiente de ajuste aplicado para resistência lateral do método da UFRGS.

Nl : índice médio de resistência à penetração na cota de apoio da estaca.

Np : índice médio de resistência à penetração na camada de solo de espessura Δl.

F1 e F2 : fatores de correção.

βDEC : fator aplicado à parcela de atrito lateral de acordo com o tipo de solo e o tipo

de estaca. (Décourt e Quaresma, 1996).

βTEX : Parâmetro adotado em função do tipo da estaca do método de (Texeira,

1996).

βUFGRS : coeficiente de ponta do método da UFRGS

Ni : valor de NSPT correspondente à camada i.

M1, M2 : coeficientes de proporcionalidade.

ap : área de ponta do amostrador SPT ( 20,4cm²).

α : coeficiente de ajuste aplicado para resistência lateral.

al : área lateral total do amostrador SPT (externa + interna = 810,5cm²).

Δl : espessura de cada camada de solo considerado.

η1 : eficiência do golpe = 0,764.

η2 : eficiência das hastes = 1.

η3 : eficiência do sistema.

z : comprimento da haste que penetrou no solo.

R : fator de redução.

α p : coeficiente função do tipo de estaca.

f : coeficiente função do tipo de estaca.

S: coeficiente função do tipo de solo.

C LCPC : fator de capacidade de carga.

kLCPC: coeficiente adimensional.

J : valor máximo permitido para resistência lateral unitária.

SUMÁRIO

Página

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................... 23

OBJETIVO ........................................................................................... 24

MÉTODO DE DESENVOLVIMENTO DA PESQUISA ......................... 25

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................ 26

2.1 Resíduos de Borracha ......................................................................... 26

2.1.1 Aspectos Gerais ................................................................................... 26

2.1.2 Utilização do Residuo de Borraca na Construção Civil ........................ 37

2.1.2.1 Utilização do Pneu Inservivel em seu Estado Natural .......................... 38

2.1.2.2 Utilização do Resíduo de Pneu em Concreto ..................................... 40

2.1.2.3 Utilização do Resíduo de Pneu em Argamassas ................................. 49

2.2 Fundações ........................................................................................... 54

2.2.1 Fundações Superficiais ........................................................................ 55

2.2.2 Fundações Profundas .......................................................................... 56

2.2.2.1 Estacas ................................................................................................ 57

2.2.2.2 Estacas Escavadas ............................................................................ 58

2.2.3 Estacas do Tipo Escavada sem Fluido Estabilizante ........................... 59

2.2.4 Provas de Carga Estática .................................................................... 66

2.2.4.1 Provas de Carga Lenta (SML) ............................................................. 69

2.2.4.2 Provas de Carga Rápida (QML) ........................................................... 70

2.2.4.3 Carregamento Misto ............................................................................ 71

2.2.4.4 Ensaio de Carregametno Ciclico.......................................................... 71

2.2.4.5 Prova de Carga Instrumentada ............................................................ 72

2.2.5 Capacidade de Cargas de Estacas ...................................................... 76

2.2.6 Transferência de Cargas de Estacas ao solo ...................................... 79

2.2.7 Alguns Procedimentos Atualmente Usados no Brasil para Estimar a

Carga de Ruptura (Qr) ......................................................................... 81

2.2.7.1 Generalidades ...................................................................................... 81

2.2.7.2 Estimativa da Carga de Ruptura .......................................................... 81

2.3 Aderência ............................................................................................ 82

2.3.1 Generalidades ...................................................................................... 82

2.3.2 Definição .............................................................................................. 83

2.3.3 Tipos de Aderência .............................................................................. 83

2.3.3.1 Aderência por adesão .......................................................................... 84

2.3.3.2 Aderência por atrito .............................................................................. 84

2.3.3.3 Aderência mecânica ............................................................................ 84

2.3.4 Parâmetros que Influem na Aderência ................................................. 86

2.3.4.1 Composição do concreto ..................................................................... 86

2.3.4.2 Idade de carga ..................................................................................... 87

2.3.4.3 Resistência Mecânica do concreto ...................................................... 87

2.3.4.4 Diâmetro da barra ................................................................................ 88

2.3.4.5 Posição das barras na concretagem .................................................... 89

2.3.4.6 Adensamento ....................................................................................... 90

2.3.4.7 Estado Superficial das Barras .............................................................. 91

2.3.5 Ensaios de Aderência .......................................................................... 91

2.3.5.1 Ensaio de Arrancamento Direto: “PULL-OUT TEST ( POT ) ............... 92

2.3.5.2 Ensaio de Arrancamento com Anel Circunferencial “Ring Pull Out

Test” ..................................................................................................... 93

2.3.5.3 Ensaios de Flexão – “Beam Test (Bt)” ................................................. 94

2.3.5.4 Ensaio de Aderência do Tipo “Push-Out Test”..................................... 95

2.3.5.5 Ensaio de Extremo de Viga – “Beam End Test”................................... 95

2.3.5.6 Ensaios das Quatro Barras .................................................................. 96

2.3.5.7 Ensaio de Conformação Superficial ou Ensaio de Tirante de

Concreto. ............................................................................................. 97

3 MATERIAS E MÉTODOS .................................................................. 100

3.1 MATERIAIS........................................................................................ 100

3.1.1 Agregado Miúdo ................................................................................. 100

3.1.2 Agregado Graúdo .............................................................................. 100

3.1.3 Cimento ............................................................................................. 101

3.1.4 Água .................................................................................................. 105

3.1.5 Resíduos de Borracha ....................................................................... 105

3.2 COMPOSIÇÃO EXPERIMENTAL DO CONCRETO .......................... 109

3.2.1 Traços dos Concretos Convencional e com Resíduos de Borracha .. 109

3.2.2 Fabricação e Conservação dos Corpos-de-Prova ............................. 114

3.3 ARMADURAS DAS ESTACAS .......................................................... 122

3.4 PRODUÇÃO DOS TIRANTES ........................................................... 126

3.4.1 Confecção dos Moldes ...................................................................... 127

3.4.2 Fabricação dos Tirantes .................................................................... 128

3.4.3 Sistema de Carregamento ................................................................. 130

3.4.4 Sistema de Leitura ............................................................................. 132

3.5 MÉTODO EXPERIMENTAL ESTACAS ............................................. 132

3.5.1 Campo Experimental ......................................................................... 132

3.5.2 Estacas e Sistema de Reação ........................................................... 142

3.5.3 Instrumentação das Estacas de Teste ............................................... 150

3.5.4 Concretagem das Estacas de Teste .................................................. 153

3.5.5 Prova de Carga Estática .................................................................... 155

3.5.6 Transferência de Carga ..................................................................... 155

3.5.7 Determinação da Capacidade de Carga ............................................ 159

3.5.7.1 Método de Aoki e Velloso (1975) ....................................................... 159

3.5.7.2 Método de Décourt e Quaresma (1978) ............................................ 160

3.5.7.3 Método de Militisky e Alves (1985) .................................................... 162

3.5.7.4 Método de Teixeira (1996) ................................................................. 163

3.5.7.5 Método de Vorcaro e Velloso (2000) ................................................. 164

3.5.7.6 Método da UFRGS (2005) ................................................................. 165

4 RESULTADOS ................................................................................... 168

4.1 ENSAIO DE TIRANTE ....................................................................... 168

4.2 CONCRETO UTILIZADOS NAS ESTACAS ...................................... 172

4.3 PROVAS DE CARGA ESTÁTICA ...................................................... 175

4.3.1 Comportamento Carga-Deslocamento .............................................. 176

4.3.2 Trasnferência de Carga Estaca-Solo ................................................. 179

4.3.3 Comportamento Tensão-Deformação ................................................ 188

5 ANÁLISE DOS RESULTADOS .......................................................... 195

5.1 ADERÊNCIA AÇO-CONCRETO ........................................................ 195

5.2 PROVAS DE CARGA ESTÁTICA ...................................................... 196

5.2.1 Comportamento Carga Recalque ...................................................... 196


5.3 DEFORMAÇÃO DOS MATERIAIS .................................................... 208

5.4 ANÁLISE GERAL ............................................................................... 220

6 CONCLUSÕES .................................................................................. 222

6.1 ADERÊNCIA AÇO CONCRETO ........................................................ 222

6.2 PROVA DE CARGA ESTÁTICA ........................................................ 222

6.2.1 Comportamento Carga Recalque ...................................................... 222


6.3 DEFORMAÇÃO DOS MATERIAIS .................................................... 223

6.4 GERAL ............................................................................................... 224

6.5 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS .................................. 224

7 REFERÊNCIAS ................................................................................. 226

23

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÃO

Entre os resíduos sólidos produzidos pela população, os pneus são

considerados resíduos especiais, sendo assim começam a ocupar papel de

destaque na discussão dos impactos sanitários e ambientais.

Esse tipo de resíduo apresenta processo de decomposição lento, podendo

levar até 240 anos para sua total decomposição. Possui baixa compressibilidade,

resultando na ocupação de grandes espaços. A sua queima inconsequente provoca

a fumaça negra, altamente poluidora pela diversidade de compostos liberados na

combustão, podendo provocar danos à saúde, e material oleoso, derivado de

petróleo, que carregado para os corpos d'água superficiais ou para os aquíferos

subterrâneos podem contaminar a água, tornando-a imprópria para o consumo, além

de prejudicar espécies que habitam o ambiente atingido. Além disso, quando

descartados em pilhas tornam-se locais ideais para criadouros de insetos e de

diversos vetores de transmissão de doenças como ratos, mosquitos, etc.

Todavia, as alternativas para utilização de pneus inservíveis não devem ser

adotadas somente como um meio de destinação do material, mas sim deve envolver

um estudo aprofundado, no sentido de buscar a melhoria do processo executivo, das

propriedades e a avaliação de suas consequências ambientais, durabilidade e pós-

uso.

No campo da construção civil, a utilização de pneus inservíveis tem

demonstrado ser uma alternativa tecnológica inovadora, permitindo incorpora-los

como agregado na produção de concreto. Alguns desses estudos estão sendo

desenvolvidos visando aperfeiçoar suas características, principalmente quanto ao

seu comportamento frágil, otimizando-os para determinadas aplicações específicas.

Sabe-se que o concreto é um material versátil, no entanto, com a evolução

dos processos construtivos e de novas necessidades oriundas de projetos arrojados,

24

constata-se que é preciso também modificar suas propriedades, tais como a

resistência à tração, dureza, ductilidade e durabilidade (ALBANO et aI., 2005),

aumentando, assim, as opções de aplicação deste material, além das formas

convencionais.

A partir disto, este trabalho visa fornecer uma opção para utilização deste

resíduo na composição do concreto, que será aplicado na confecção de estacas

escavadas.

OBJETIVO

Objetivo Geral:

O objetivo deste trabalho é investigar o comportamento do concreto com

resíduos de borracha provenientes do processo de recauchutagem de pneus na

confecção de estacas moldadas “in loco”.

Objetivos Específicos:

Avaliar as propriedades mecânicas do concreto com utilização do resíduo de

borracha – resistência à compressão, à tração e módulo de elasticidade;

Comparar os resultados com o concreto convencional;

Avaliar o comportamento da aderência aço/concreto para as duas dosagens;

Comparar as capacidades de carga da estaca executada com o concreto

convencional e a de concreto com resíduo de borracha;

Avaliar os recalques promovidos;

Avaliar o atrito lateral das duas composições e compará-los.

25

MÉTODO DE DESENVOLVIMENTO DA PESQUISA

A primeira etapa para elaboração da presente tese de doutorado foi a

identificação do problema, a definição dos objetivos do estudo e as possíveis

variáveis a serem estudadas no programa experimental.

Na sequência efetuou-se uma revisão bibliográfica que buscou esclarecer os

principais conceitos descritos na tese. A revisão bibliográfica contém informações

sobre os resíduos de pneus, os tipos de fundações, a capacidade de carga e o

fenômeno da aderência aço-concreto, bem como alguns tipos de ensaios

empregados em sua verificação.

A etapa seguinte foi a da elaboração do programa experimental, envolvendo

os ensaios para confecção do traço adequado para as estacas escavadas e também

ensaios de aderência do tipo tirante, para garantir a qualidade dos ensaios a serem

realizados.

Em seguida foi realizada a instrumentação das estacas, a concretagem e as

provas de carga.

Após esta etapa foram analisados os resultados obtidos com os ensaios e

elaboradas as conclusões.

26

CAPÍTULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1 Resíduos de Borracha

2.1.1 – Aspectos Gerais

De acordo com historiadores a borracha era conhecida dos índios antes do

descobrimento da América. Em 1525, o Padre D'Anghieria relatou ter visto os índios

mexicanos praticarem esporte com bolas elásticas. Eles a utilizavam também para

impermeabilizar suas vestes e na confecção de vasilhames flexíveis (Anuário

Brasileiro da Borracha, 1997)

Charles de La Condamine foi um dos pioneiros do estudo científico sobre a

borracha e o seu primeiro contato com ela foi durante uma viagem ao Peru, em

1735, onde analisou a borracha no local e concluiu que esta não era senão "uma

espécie de óleo resinoso condensado".

O primeiro emprego da borracha foi como apagador. Magellan, descendente

de célebre navegador, foi quem propôs este uso. Por sua vez, Priestley na

Inglaterra, difundiu-o e a borracha recebeu o nome de "India Rubber", que significa

"Raspador da Índia". A palavra borracha teve sua origem numa das primeiras

aplicações úteis deste produto, dada pelos portugueses, quando foi utilizada para a

fabricação de botijas, em substituição às chamadas borrachas de couro que os

portugueses usavam no transporte de vinho (História da Borracha).

Com a chegada dos europeus na América foi descoberta a utilização da

borracha em vários seguimentos, mas havia dificuldade em virtude da rápida

coagulação do látex. No entanto, a descoberta de solventes possibilitou a ampliação

de sua utilização.

27

Segundo Pinheiro (2001), dois problemas em relação ao seu comportamento

da borracha foram notados a saber: a) na temperatura ambiente seu aspecto era

pegajoso e b) com aumento da temperatura e sujeito a esforço mecânico o material

se deformava permanentemente.

Buscando uma solução para o comportamento pegajoso da borracha, em

1838, Hayward adicionou enxofre eliminando o problema da pegajosidade.

Em 1845, o norte-americano Charles Goodyear descobriu casualmente o

processo de vulcanização da borracha, quando deixou cair borracha e enxofre no

fogão, resolvendo, assim, o problema de deformação, levando-a de um estado

essencialmente plástico para um estado essencialmente elástico (PINHEIRO 2001).

A partir desta descoberta o processo de vulcanização da a borracha ganha

três importantes propriedades: a) eliminação da plasticidade, b) eliminação da

termoplasticidade (qualidade de um material que permite sua modelação através do

uso do calor, tornando a endurecer com seu resfriamento) e c) introdução da

insolubilidade.

Mal sabia ele que sua invenção revolucionaria o mundo. Entre as suas

potencialidades industriais, além de ser mais resistente e durável, a borracha

absorve melhor o impacto das rodas com o solo, o que tornou o transporte muito

mais prático e confortável.

O pneumático, simplificadamente denominado de pneu, é um tubo de

borracha cheio de ar e ajustado ao aro da roda do veículo, permitindo a tração deste

e, ao mesmo tempo, absorvendo os choques com o solo sobre o qual o veículo

trafega. Será inconcebível, senão impossível, supor que outro dispositivo venha a

substituir o atual pneumático.

Atualmente, a maior parte dos pneus é feita com 10% de borracha natural

(látex), 30% de petróleo (borracha sintética) e 60% de aço e tecidos (tipo lona), que

servem para fortalecer ainda mais a estrutura.

28

De acordo com Segre (1999), um dos elastômeros mais utilizados na

fabricação do pneu é o SBR (estirenobutadieno copolímero), contendo 25% em peso

do estireno, os demais são: borracha natural, poli cis-isopreno, poli cis-isopreno

sintético e poli cis-butadieno.

Segue na Tabela 2.1 a ilustração de um exemplo de composição de

borracha de pneu, porcentagem utilizada de cada material adicionado e finalidade da

adição.

Tabela 2.1 – Exemplo de composição de borracha de pneus, porcentagem utilizada, e

finalidade da adição. Fonte: SEGRE (1999).

Componente Porcentagem Composição/Finalidade

SBR 62,1 [-CH2-CH=CH-CH2-ran-CH2-CH(Ph)-]n

negro de fumo

31,0 Fortificar a borracha/ aumentar a resistência à

abrasão/dissipar calor

óleo modificado

1,9 Mistura de hidrocarbonetos aromáticos/ amolecer a

borracha/dar trabalhabilidade.

óxido de zinco

1,9 Controlar o processo de vulcanização/aumentar

propriedades físicas da borracha

ácido esteárico

1,2 Controlar o processo de vulcanização/aumentar

propriedades físicas da borracha.

enxofre 1,1 Fazer o crosslink entre as cadeias poliméricas/prevenir

excessivas deformações a altas temperaturas.

aceleradores 0,7 Composto organo-enxofre/catalisar a vulcanização

SBR: estirenobutadieno copolímero

Porém, juntamente com a revolução no setor dos transportes, a utilização

dos pneus de borracha trouxe consigo a problemática do impacto ambiental, uma

vez que a maior parte dos pneus descartados é abandonada em locais inadequados,

causando grandes transtornos para a saúde e na qualidade de vida.

Segundo organizações internacionais, a produção diária mundial de pneus

novos é estimada em 2 milhões de unidades. Já o descarte de pneus velhos atinge

anualmente a marca de 800 milhões de unidades. De acordo com a ANIP

(Associação Nacional das Indústrias Pneumáticas) só no Brasil, em 2016, foram

29

produzidos cerca de 67,8 milhões de pneus e quase metade dessa produção foi

descartada no mesmo período.

A Tabela 2.2 ilustra o volume de pneus fabricados no Brasil e sua destinação

principal.

Tabela – 2.2. Volume de produção de Pneus. Fonte: ANIP (2017)

Unidades de Pneus (milhões)

2011 2012 2013 2014 2015 2016

Produção 66,9 62,6 68,8 66,7 68,6 67,8

Vendas (produção + importação) 72,9 67,8 74,3 72,8 71,9 70,7

Exportação 14,5 18,1 17,4 13,2 11,4 12,5

Principais Canais de Vendas

(em 2016)

Mercado de Reposição/Revendedores – 63,4%

Exportação – 18,5%

Indústria automobilística/Montadoras – 18,2%

Pode-se observar que a venda de pneus em 2016 atingiu mais de 70

milhões de novos pneus. Subtraindo a parcela que foi exportada, tem-se mais de 57

milhões de pneus novos vendidos em 2016 no Brasil.

Uma das preocupações é a forma de descarte deste resíduo na natureza,

que em sua grande maioria tem como destino os lixões, aterros sanitários e os rios.

Esta forma desordenada de descarte tem se tornado um grande problema para a

sociedade. No que tange à saúde, ele tem sido um meio de proliferação do mosquito

Aëdes Aegypti, devido ao acúmulo de água em sua parte interna. Para o meio

ambiente, o problema causado pela disposição de pneus em aterros sanitários e

lixões é grave, uma vez que eles possuem grande resistência a degradação,

podendo levar até 240 anos para se decomporem. Quando se opta pela queima

desses pneus, além de poder causar incêndios, pois cada pneu é capaz de ficar em

combustão por mais de um mês, o prejuízo causado ao meio ambiente acontece

também devido a enorme quantidade de fumaça negra e a liberação de mais de dez

litros de óleo no solo, contaminando a água do subsolo e aumentando a poluição do

ar.

30

O CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) conseguiu, em agosto

de 1999, que o governo brasileiro oficializasse através da resolução nº 258,

publicada no Diário Oficial de 02/12/1999, que as empresas fabricantes e

importadoras de pneus fossem as responsáveis pela destinação final, de forma

ambientalmente adequada e segura de pneumáticos inservíveis, iniciando com um

pneu inservível para cada quatro novos a partir de 01/01/2002 e crescendo ano a

ano a proporção até chegar a cinco para cada quatro pneus a partir de 01/01/2005.

Infelizmente, devido à falta e à dificuldade de fiscalização isto não tem

ocorrido e os pneus continuam sendo descartados de forma inadequada no meio

ambiente. Vale ressaltar que ANIP criou os ecopontos, que são pontos que recebem

os pneus inservíveis em diversas capitais brasileiras, onde passam por um processo

de trituração e separação dos materiais dando destino ecológico aos subprodutos.

Para dar destino aos pneus usados não há uma tecnologia ideal, pois a

definição do processo depende de fatores, tais como: volume de pneus, proximidade

de mercado, tipo de consumidores, investimento necessário, além de incentivos

fiscais e financeiros. Para avançar no desenvolvimento de tecnologias voltadas para

a reutilização e a reciclagem de pneus, faz-se necessário um esforço conjunto de

empresas, do governo e da sociedade.

Quando se trata de um problema de controle de resíduos, é necessário que

essa abordagem siga uma hierarquia, chamada de 3Rs, a saber:

i) Reduzir: Em primeiro lugar, é necessário verificar a possibilidade de se

evitar a produção do resíduo, com a redução de consumo, do peso do

produto descartado, entre outras;

ii) Reutilizar: Em segundo lugar é necessário verificar se não é possível

encontrar uma nova utilização para esse produto, em que grande parte

das suas propriedades ainda possam ser contabilizadas,

iii) Reciclar: A terceira alternativa é o aproveitamento da matéria prima que

constitui o produto a ser descartado.

31

Uma forma encontrada para amenizar esse impacto trata-se da utilização

das metodologias de reciclagem e reaproveitamento. Entre elas, a recauchutagem

tem sido um mecanismo bastante utilizado para conter o descarte de pneus usados.

De acordo com o Boletim Informativo da Bolsa de Reciclagem nº 12, o Brasil ocupa

o 2o lugar no ranking mundial de recauchutagem de pneus, o que lhe confere uma

posição vantajosa junto a vários países na luta pela conservação ambiental. Esta

técnica permite que o recauchutador, seguindo as recomendações das normas para

atividade, adicione novas camadas de borracha nos pneus velhos, aumentando,

desta forma, a vida útil do pneu em 100% proporcionando uma economia de cerca

de 80% de energia e matéria-prima em relação à produção de pneus novos. A

Figura 2.1 ilustra a estrutura do pneu de automóvel.

Figura 2.1 – Estrutura do Pneu de Automóvel.

Fonte http://www.braziltires.com.br visitado em 20/03/2013.

Carcaça: Parte resistente do pneu; deve resistir à pressão, ao peso e

aos choques. Compõe-se de lonas de poliéster, nylon ou aço. A carcaça retém o ar

sob pressão que suporta o peso total do veículo. Os pneus radiais possuem ainda,

as cintas que complementam sua resistência;

Talões: Constituem-se internamente de arames de aço de grande

resistência, cuja finalidade é manter o pneu fixado ao aro da roda;

http://www.braziltires.com.br/

32

Paredes Laterais ou Flancos: São as laterais da carcaça, revestidas

por uma mistura de borracha com alto grau de flexibilidade e alta resistência à

fadiga;

Cintas (lonas): Compreende o feixe de cintas (lonas estabilizadoras)

que são dimensionadas para suportar cargas em movimento. Sua função é garantir

a área de contato necessária entre o pneu e o pavimento;

Banda de Rodagem: É a parte do pneu que fica em contato direto com

o pavimento. Seus desenhos possuem partes cheias chamadas de biscoitos ou

blocos e partes vazias conhecidas como sulcos, que devem oferecer aderência,

tração, estabilidade e segurança ao veículo.

Ombro: É o apoio do pneu nas curvas e manobras;

Nervura central: Proporciona um contato “circunferencial” do pneu

com o pavimento.

Em grande parte das recauchutadoras de pneus o processo de

recauchutagem é mecânico, e é através dele que se realiza a raspagem das bandas

de rodagem, por intermédio de dois cilindros ranhurados. Desse processo originam-

se os resíduos de borracha que serão utilizados nesta pesquisa.

A raspagem é a remoção da borracha remanescente da banda de rodagem,

configurando a carcaça no diâmetro, contorno e textura adequada.

Na Figura 2.2 é mostrado o equipamento utilizado para a raspagem da

banda de rodagem.

33

Figura 2.2 – Raspagem da carcaça. Fonte: http://www.renosul.com.br visitado em

20/03/2013.

Concluído o processo de raspagem o pneu vai para a fase de reparação

onde todas as avarias detectadas na carcaça, causadas por sua utilização, são

reparadas através de escoriações conforme ilustra a Figura 2.3.

Figura 2.3 – Reparação da carcaça. Fonte http://www.renosul.com.br visitado em 20/03/2013.

De acordo com a ANIP, no Brasil cerca de 70% da frota de transporte de

cargas e passageiros utilizam pneus recauchutados. O processo de recauchutagem,

por sua vez, gera grande quantidade de resíduos que é descartado da mesma

maneira que os pneus. A fim de amenizar este problema, projetos têm sido

realizados para dar fim ecologicamente correto a este material.

No Japão, onde o problema de disposição dos pneus é mais agravante, pois

são descartados cerca de um milhão de pneus por ano, de acordo com Fukumori et

al. (2002), a reutilização deste material tem sido intensificada. Várias destinações

http://www.renosul.com.br/

http://www.renosul.com.br/

34

são dadas aos pneus inservíveis, dentre elas se destaca o uso para produção de

energia em substituição ou adição ao carvão. A Figura 2.4 ilustra as várias

destinações dadas pelo Japão.

48%

12%

6%

3%

4%

7%

6%

2%

12%

Energia Exportação Recapagem

Outros Usos Borracha Desvulcanizada Pó de Borracha

Uso para Cimeto Uso para aço Desconhecido

Figura 2.4 – Destinação da borracha reutilizada e reciclada no Japão.

Fonte: Fukumori et al. (2002).

Nos Estados Unidos grande parte dos pneus inservíveis são utilizados como

combustível, mas o mercado vem se diversificando como na aplicações de pisos

para prática de esportes, produtos automotivos, forros para abrigar animais e,

principalmente, em pavimentações com asfalto (SUNTHONPAGASIT e DUFFEY,

2004)

No Brasil, algumas soluções estão sendo adotadas, entre elas a exportação,

como por exemplo, a empresa Ecija Comercial que exporta 1,2 mil toneladas de

borracha de pneus triturados, os quais são utilizados na fabricação de novos

produtos. As fibras de borracha passam por um processo de vulcanização – sendo

submetidas a altas temperaturas e pressão – para serem reutilizadas. O uso, no

entanto, vai depender do grau de elasticidade e da resistência exigidos pelo produto.

De acordo com Jacinto Padilha, proprietário da empresa, no Brasil só existem três

empresas que realizam este trabalho, pois os custos de coleta destes materiais são

muito altos.

35

Algumas empresas do ramo de cimento, cal, papel e celulose têm utilizado o

pneu inteiro como fonte de combustível do forno, pois 90% da composição da

borracha são de materiais orgânicos e seu poder calorífico é de 32,6 MJ/kg,

enquanto o carvão possui poder calorífico de 18,6-27,9 MJ/kg (MARK apud

ADHIKARI e MAITI, 2000). Vale salientar que a queima de pneus para aquecer

caldeiras é regulamentada por lei, na qual fica determinada que a fumaça emanada

(contendo dióxido de enxofre, por exemplo) deverá enquadrar-se no padrão I da

escala de Reingelmann para a totalidade de fumaças.

A Usina de Xisto da Petrobras, em São Mateus do Sul, está produzindo óleo

e gás, tendo como parte da matéria-prima pneus inservíveis. A estimativa da

empresa é de utilizar até 24 milhões de pneus por ano. O mais importante é que

deste processo nenhum resíduo ambiental é verificado, o aproveitamento do pneu é

de 40% a 50%, ou seja, aproximadamente metade do volume do material pode se

transformar em óleo. Além do óleo e do gás, os restos da produção são o carbono

(material inerte que não causa danos ao meio ambiente) e o aço das bandagens do

pneu, que também pode ser reciclado.

Uma forma criativa e bem eficaz de aproveitamento dos pneus inservíveis foi

criada por uma organização não governamental, a Fundação Guardiões da Terra,

que visa sua utilização na fabricação de móveis e utensílios domésticos, pois além

de dar um destino ecologicamente correto aos pneus, gera emprego e renda à

população carente. Seus idealizadores promovem cursos sobre a fabricação e

confecção que vai desde utensílios até móveis tais como: cadeiras e mesas, já

despertam grande interesse da comunidade local.

Buscando uma economia no sistema de construção de galerias pluviais,

pneus inservíveis estão sendo utilizados em substituição ao manilhamento de

cimento, com isso obtém-se uma economia de até 50% e ao mesmo tempo é

possível obter bons resultados, como a Prefeitura de Cascavel, no oeste do Paraná,

vem fazendo (NAVES, 2017).

36

São utilizadas as duas faixas de cada pneu, denominadas talões, com cerca

de 5 cm cada, que são encaixados uns aos outros formando uma espécie de tubo

com diâmetro entre 40 e 60 centímetros, amarrados com arames. Segundo Antônio

Guedes, seu inventor, a própria resina da borracha, ao longo do tempo, faz com que

esses pedaços se colem garantindo total impermeabilidade. Alguns testes realizados

por técnicos, após chuvas de grande intensidade, comprovaram a eficiência da

tubulação (NAVES, 2017).

O restante do pneu, depois de retirado os talões, é utilizado como sola para

sapatos, para conserto de sofás e outros artefatos.

Outra forma de se utilizar o pneu inservível foi proposta por Cappi (2004)

que destina esse material em recuperação para áreas erodidas. Os pneus são

depositados no fundo de voçorocas como ilustra a Figura 2.5, seguido de seu aterro

completo (ver a Figura 2.6), colaborando para o estancamento da área tratada.

Figura 2.5 – Deposição dos pneus na voçoroca.

Fonte: Cappi (2004).

37

Figura 2.6 – Aterro e reafeiçoamento do terreno após três anos.

Fonte: Cappi (2004).

Na construção civil alguns estudos estão sendo realizados com o objetivo de

contribuir para a preservação do meio ambiente.

2.1.2 – Utilização do Resíduo de Borracha na Construção Civil

No Brasil, a construção civil é responsável por cerca de 30% do consumo

dos recursos naturais extraídos, o equivalente a 220 milhões de toneladas de

agregados naturais por ano, que são retirados da natureza para serem utilizados

principalmente na produção de concretos e em argamassas. Devido a este elevado

consumo, os agregados naturais tornam-se cada vez mais escassos. Com isso, os

locais para a captação destes ficam cada vez mais distantes, elevando o seu custo

final.

Com a necessidade de novos materiais que venham a substituir estes

agregados, alguns pesquisadores tiveram a idéia de utilizar o resíduo de borracha,

proveniente da recauchutagem, como parte do agregado miúdo e graúdo. Diversos

estudos vêm sendo realizados na construção civil visando à utilização deste resíduo,

que resulta na retirada deste material do meio ambiente, faz-se necessária.

38

Tendo em vista uma solução ecologicamente correta, é interessante confinar

este material junto a concretos e argamassas, encontrando na construção civil uma

destinação adequada a este material.

Segundo Cincotto (1988), os critérios gerais para avaliação do resíduo de

borracha para uso na construção civil, são:

A quantidade disponível em um local deve ser suficientemente grande

para que se possa justificar o desenvolvimento de sistemas de manuseio,

processamento e transporte;

As distâncias de transporte envolvidas devem ser competitivas com os

materiais convencionais;

O material não deve ser potencialmente nocivo durante a construção

ou posteriormente à sua incorporação na estrutura.

O resíduo de borracha utilizado nesta pesquisa atende aos critérios acima

mencionados e é encontrado em grande quantidade na região sudeste do Brasil.

Segundo pesquisas realizadas, que serão aqui apresentadas, o resíduo pode ser

incorporado aos materiais de construção sem causar danos.

2.1.2.1 – Utilização do Pneu Inservível em seu Estado Natural

Uma das primeiras utilizações dos pneus inservíveis em seu estado natural

na construção civil foi em barreiras de proteção em rodovias, contenção de

encostas, nas estruturas alveolares e em defensas na área portuária (LONG, 1985).

Segundo Medeiro et al. (2000), a utilização de pneus inservíveis para a

construção de muros de contenção é altamente favorável do ponto de vista do

comportamento mecânico da contenção assim as deformações são mantidas em um

nível compatível com as obras civis. Os autores ainda acrescentam que o pneu é um

material que pode ser utilizado para esse tipo de obra, pois são constituídos de

39

borracha e são fortemente reforçados com fibras e metais, resultando em um

material com elevada resistência a tensões radiais, além disso, as propriedades

mecânicas dos pneus permanecem disponíveis mesmo depois de encerrada a vida

útil do pneu.

Visando a utilização dos pneus inservíveis, Miranda (2002), estudou seu

aproveitamento na execução de muros de proteção. Observou-se um bom

comportamento quanto à estabilidade e resistência deste material, com isso foi

possível executar a proteção da margem do córrego Pinheirinho, no município de

Porto Feliz –S.P. Por iniciativa da prefeitura municipal, construiu-se uma estrutura de

solo argiloso com pneus em sua extremidade em vez do uso de gabião. Segundo

Miranda (2002), foi utilizado para a proteção de 400 metros da margem do Córrego,

aproximadamente, 18.000 pneus alcançando uma altura de 2,40 metros, como

ilustra a figura 2.7. Realizou-se apenas uma fina camada de concreto para que água

não carregasse o solo que ficou entre os pneus.

Figura 2.7 – Proteção das margens do córrego com pneus inservíveis.

Fonte: Miranda (2002).

Oliveira (2015) estudou o isolamento térmico e acústico de paredes

fabricadas com pneus inservíveis, conforme ilustra a figura 2.8. Os painéis foram

construídos com pneus inteiros preenchidos com solo local compactado, o

travamento foi obtido por diferentes tamanhos dos pneus. De acordo com o autor as

paredes apresentaram bons niveis de isolação térmica e acústica devido à

40

espessura da parede, também observou-se que o painel demonstrou ser muito

estável devido ao peso próprio.

Figura 2.8 – Parede de pneus inservíveis.

Fonte: Oliveira (2015).

2.1.2.2 – Utilização do Resíduo de Pneu em Concreto

Uma das primeiras pesquisas foi desenvolvida por Ali et al. (1993) que

estudaram o comportamento do concreto com adição de fibras de borracha em

relação às propriedades físicas e compararam com concretos sem adições. Em seus

estudos utilizaram fibras de borracha com dimensões entre 0,6-1,2mm. Com os

resultados, os pesquisadores puderam observar uma redução na resistência à flexão

de 3,5 MPa (para o concreto sem adição de borracha) para 2,5 Mpa um decréscimo

de aproximadamente 29%. Examinando os resultados obtidos os pesquisadores

também observaram que a resistência à compressão sofreu uma redução, caiu de

45 MPa para 28 MPa, aproximadamente de 38%, não recomendando a sua

utilização para peças estruturais.

Topçu (1994) observou, em sua pesquisa, uma redução geral nas

propriedades físicas e mecânicas do concreto com fibras de borracha, constatando

uma maior redução com a utilização de fibras de diâmetros maiores. A diminuição da

resistência à compressão foi da ordem de 50%, enquanto a de tração foi de 64 %

41

para os concretos misturados com partículas de borracha finas. Usando partículas

de borracha grossas, a diminuição da resistência de compressão e a de tração foi da

ordem de 74%. Isto indica que os agregados de borracha graúdos afetam as

propriedades do concreto com maior intensidade que os agregados de borracha

finos.

Sukontasukkul e Chaikeaw (2006) avaliaram a substituição de 10 e de 20%

em massa de agregados de três formas: somente do agregado miúdo, somente do

agregado graúdo e de agregados miúdo e graúdo. Constatou-se, assim, que apesar

de ter provocado redução nas propriedades mecânicas do concreto, os resultados

satisfatórios quanto à tenacidade e à tração na flexão, obtendo maior energia de

fratura e melhor comportamento pós-pico. Verificaram também melhores resultados

quanto à resistência de derrapagem em comparação ao concreto de referência,

porém a resistência à abrasão foi prejudicada à medida que a quantidade de

borracha era inserida. Notou-se, na pesquisa que a mistura das borrachas (miúdo e

graúdo) apresentou os melhores resultados, que de acordo com os autores, devido a

melhor graduação que produziu melhor compactação e maior densidade.

Barbosa et al. (2007) pesquisaram a resistência ao impacto do concreto de

alto desempenho utilizando resíduo de casca de arroz e de pneu. Foram

substituídos 3% em volume do agregado miúdo por resíduo de pneu com uma faixa

granulométrica passante na peneira de abertura 2,38 mm e retidos na peneira de

abertura de 1,19 mm. Foram efetuadas algumas composições a fim de avaliar o seu

comportamento em relação ao traço controle. Os pesquisadores analisaram o

concreto de alto desempenho com adição de dois tipos de cinza (amorfa e cristalina)

e com resíduo de pneu. Como era esperado, o concreto com adição de borracha

apresentou menor resistência à compressão comparada às outras composições,

mas também foi observada uma melhoria em relação à resistência ao impacto,

ficando evidente a redução da fragilidade e o aumento da capacidade de absorção

de energia, devido à incorporação de borracha de pneu no CAD.

Azmi et al. (2008) investigaram a resistência a compressão axial do concreto

produzido com substituição do agregado miúdo. Realizaram várias dosagens com

42

quantidade de 5, 10 e 15% de substituição em volume pelo resíduo de pneu,

também estudou-se algumas relações água /cimento. Os resultados obtidos foram

comparados ao concreto convencional e observaram uma redução de

aproximadamente 35% nos concretos produzidos com 15% de substituição. Os

autores também perceberam que a resistência à compressão diminui quando a

relação água/cimento e a quantidade de borracha são aumentadas.

Panzera et al. (2009) estudaram o efeito do tamanho de partícula de

borracha na densidade aparente, porosidade e resistência à compressão.

Constatou-se que o fator de empacotamento das partículas menores é superior às

partículas maiores pelo efeito da forma mais arredondada das partículas. O aumento

da quantidade de borracha promove a diminuição da densidade dos compósitos. A

quantidade de poros formados em torno das partículas maiores é maior do que em

torno das partículas menores, em virtude do fator de empacotamento que nas

partículas menores é mais elevado, proporcionando uma grande quantidade de

borracha por área, que consequentemente diminui a porosidade aparente do

compósito. Conclui-se que a resistência à compressão está correlacionada com a

distribuição de poros, ocorrendo redução com o aumento de partículas de borracha.

A massa unitária do concreto também varia de acordo com o teor de borracha

incorporado na mistura. Baseado nos estudos de Freitas et al. (2009), à medida que

o teor de substituição de agregado miúdo por resíduo de borracha é aumentado, a

massa unitária do concreto apresenta uma tendência de ser reduzida. Os autores

atribuem esse comportamento ao fato da densidade da borracha ser menor que da

areia.

A massa específica dos concretos de acordo com Freitas et al. (2009) é

influenciada de forma direta quando no processo de mistura ou adensamento são

gerados vazios que aprisionam de forma não proposital o ar. Essas lacunas tornam

o material menos denso e vulnerável à percolação de substâncias deletérias,

comprometendo a resistência mecânica e durabilidade dos concretos.

43

Vieira et al. (2010) realizaram o estudo sobre a influência do tipo e da

porcentagem de agregados reciclados de borracha adicionados ao concreto.

Analisaram três tipos de agregados de borracha e três volumes de substituição

(2,5%, 5% e 7,5%). Os autores verificaram uma melhor resistência à compressão no

concreto com 2,5% de agregados reciclados de borracha com dimensão de 2,4 mm

De acordo com os resultados encontrados por Bewick et al. (2010), a

substituição parcial em volume dos agregados graúdos por resíduos de pneus

melhora significativamente a trabalhabilidade dos concretos quando se mantém

constante a relação água/cimento.

Campos et al. (2010) avaliaram as propriedades mecânicas dos concretos

produzidos com adição de 5 e 10% de fibras de pneus. Entre os ensaios realizados,

os autores constataram que apesar da redução das propriedades mecânicas em

torno de 27% e 32% respectivamente, a adição de fibras de borracha ao concreto

não reduz sua capacidade de absorção de energia.

Santos et al. (2010) analisaram o comportamento do concreto com 15% de

substituição do agregado miúdo por resíduo de borracha na confecção de peças

para lajes tipo treliçadas e compararam com o concreto convencional. Com a

avaliação dos resultados os autores concluíram que a inclusão do resíduo de

borracha não afeta significativamente a resistência dos modelos estudados, uma vez

que as peças trabalham em flexão.

Romualdo et al. (2011) pesquisaram o comportamento do concreto com

adição de raspas de pneus para utilização em concreto para calçadas. Os

pesquisadores adicionaram 5%, 10% e 15% de borracha ao concreto convencional e

avaliaram as suas propriedades mecânicas. Ao comparar com o concreto

convencional, os autores puderam observar que os concretos com adição da

borracha apresentaram um decréscimo nas características mecânicas, mas mesmo

assim apresentou resultados que viabilizam a sua utilização em calçadas ou peças

que não exijam grande resistência à compressão. Concluíram também que os

44

concretos com adição de borrachas tiveram melhor comportamento em relação à

flexibilidade.

Khalilitabas (2011) relata que um melhor comportamento do concreto com

resíduos de borracha à corrosão foi alcançado quando a borracha em pó foi usada

para substituir o agregado fino. Além disso, o teor de borracha não deve exceder

10% em peso de agregado fino. Com essas melhorias, o concreto emborrachado

pode ser utilizado em aplicações da construção civil. De acordo com o autor, para o

concreto ser aplicado como um novo material estrutural ou utilizado como semi ou

não-estrutural, os outros aspectos comportamentais, tais como a sua durabilidade,

devem ser investigados.

Gesoglu e Gííneyisi (2011) produziram concretos autoadensáveis,

substituindo os agregados finos por agregados de borracha (0, 5, 15 e 25% em

volume) e substituindo cimento por cinzas volantes. O principal objetivo desta

investigação foi estudar a permeabilidade deste tipo de concreto e a sua resistência.

Com relação à resistência, verificou-se uma redução acentuada nas composições

com maior taxa de agregados de borracha. Quanto à absorção de água, registou-se

um acréscimo com o aumento de agregados de borracha podendo, no entanto, este

efeito negativo ser melhorado com a adição de cinzas volantes.

Marques et al. (2011) investigaram concretos com a incorporação de

resíduos de borracha vulcanizada em diferentes traços, com o objetivo de analisar a

interferência deste material nas propriedades mecânicas do concreto. Substituiu-se

parte da massa do agregado miúdo por partículas de borracha de pneus, no teor de

7,5%. Os resultados indicaram um desempenho mecânico satisfatório, com

resistência média à compressão da ordem de 30 Mpa, o que torna este concreto

utilizável em diferentes setores da construção civil.

Cunha et al. (2011) avaliaram as dosagens de concretos adicionados de

resíduo de borracha de pneu tratados com hidróxido de sódio. Os resultados obtidos

demonstraram que a produção de concreto com pneus é viável, mas não é

45

aconselhável para casos de exigência estrutural, sugerindo sua utilização em

calçadas e blocos para enchimento.

Ignácio et al. (2011) analisaram o comportamento de concretos leves com

adição de fibras de borrachas inservíveis concluindo que, quanto maior a adição de

fibras de borracha ao concreto, menor é o módulo de elasticidade, além de exibir

uma maior deformação antes da ruptura do que o concreto convencional.

Queiroz (2012) adicionou teores de 10, 15, 20, 25 e 30 kg de resíduos de

borracha por metro cúbico em traços de tubos de concreto. Em todos os casos, as

resistências diametrais foram superiores ao limite da norma NBR 8890 (ABNT,

2007). Entre esses, o traço com 15 kg/m³ mostrou melhor resistência e menor

absorção de água.

Marques et al. (2013) avaliaram o efeito da incorporação de taxas variáveis

(até 15%) de agregados de borracha como um substituto do agregado natural, no

desempenho mecânico do concreto após submissão a altas temperaturas. Os

corpos de prova ensaiados no estudo foram sujeitos a diferentes níveis de

temperatura (400, 600 e 800ºC), sendo depois mantidos a essa temperatura durante

uma hora e posteriormente arrefecidos até a temperatura ambiente. Seguidamente

foram realizados ensaios de resistência à compressão para as diferentes

composições. Embora as propriedades mecânicas do concreto com agregados de

borracha sejam, visivelmente, mais afetadas que as do concreto com agregados

naturais, especialmente para temperaturas mais elevadas, esta redução não

impossibilita o uso de concreto com agregados de borracha em aplicações

estruturais (MARQUES et al., 2013).

Aliado às reduções do módulo de elasticidade de concretos com resíduo de

pneu, Holmes, Dunne e O’Donnell (2014) obtiveram um aumento significativo no

valor de resistência à flexão de vigas com adição de resíduos de borracha de pneu.

Tal comportamento mostrou-se favorável a um tipo de ruptura com maior ductilidade,

que proporcionou um aumento da capacidade de absorção de energia.

46

Eiras et al. (2014) pesquisaram as propriedades mecânicas do concreto com

40, 50 e 60% de substituição do volume de areia por borracha. Concluíram assim

que a adição de borracha no concreto altera suas propriedades mecânicas,

reduzindo a resistência à compressão e o módulo de elasticidade. Entretanto,

embora haja uma redução na resistência mecânica do concreto com borracha, Eiras

et al. (2014) alcançaram o requisito mínimo de resistência mecânica para as

unidades de alvenaria e chegaram à conclusão de que os concretos com borracha

eram promissores para aplicações em construções, onde são necessárias

propriedades térmicas e acústicas.

Bravo (2014) analisou a inserção de diferentes substituições de areia por

resíduos de borracha em blocos de concreto com utilização de metacaulim. À

medida que a substituição aumentou, foram observadas reduções da

trabalhabilidade, do peso específico e da resistência à compressão axial (sendo esta

última em valores de perda de 81%, ocasionada pela substituição por resíduos em

26,8%). Farhan, Dawson e Thom (2015) explicam que a menor massa específica da

borracha (em relação ao agregado miúdo) não é o único fator responsável pela

queda da massa específica do concreto com resíduos. A eficácia da compactação é

afetada pelo acréscimo de borracha devido ao amortecimento das partículas. Isso

diminui a compactação do concreto, tornando-o mais leve, com a utilização de fibras

de borracha (granulometria maior que da areia grossa) em lajes pré-moldadas

treliçadas.

Kardos e Durham (2015) estudaram a incorporação de resíduos de pneus

provenientes da recauchutagem como substituição parcial de agregado fino nas

misturas de concreto para utilização em pavimentos. As porcentagens de resíduos

de pneus utilizadas foram 10%, 20%, 30%, 40% e 50%. Os resultados foram

comparados com a mistura controle, contendo apenas areia como agregado fino e

chegaram à conclusão de que a substituição de 30% da areia por resíduos de pneu

foi ótima, já que produziu as propriedades necessárias para pavimentos de concreto,

tanto no estado fresco quanto no endurecido.

47

Thomas e Gupta (2015) concluíram que o concreto com borracha tem

melhor resistência à abrasão quando comparado ao concreto referência (sem

borracha). Ainda sugerem sua utilização em obras as quais sofrem por ações

abrasivas aplicadas pela movimentação de veículos, tais como pisos de concreto,

estradas e vertedouros de barragens.

Morsy et al. (2016) notaram diferentes comportamentos da frequência

natural e do amortecimento em vigas de concreto armado com utilização resíduo de

borracha. Os resultados para diferentes cargas mostraram que a frequência natural

diminuiu 6% do valor intacto (sem cargas), indicando crescimento de fissuras e a

presença de dano. Por outro lado, o amortecimento aumentou à medida que o nível

de dano foi maior. Os autores concluíram que a utilização da borracha em

substituição (15%) ao agregado miúdo é viável desde que observados as

propriedades mecânicas.

Viana et al. (2016) realizaram incorporação do resíduo de borracha no

concreto para utilização na confecção de lajotas de pavimentação. Substituíram a

areia em 5, 10 e 15% em volume pela borracha e analisaram a resistência a

compressão, absorção de água, porosidade e massa específica. Com os resultados

obtidos os autores concluíram que a massa específica apresentou aumento na

substituição de 5% e redução nas substituições de 10% e 15% houve redução da

absorção de água, sendo que os menores valores de absorção estão relacionados

com a adição da borracha em 15% do mesmo modo o índice de vazios também

reduziu com a adição dos resíduos. Os menores índices de vazios são respectivos

às porcentagens de substituição em 10% e 15%. A resistência à compressão sofreu

redução em torno de 20% para a menor substituição e de 25% para a maior. Com

estes resultados os pesquisadores concluíram que é possível a utilização desta

composição na confecção das lajotas e que a incorporação da borracha traz

benefícios ao concreto para esta finalidade.

Fazzan et al. (2016) avaliaram a viabilidade de utilização do resíduo de

borracha em concretos estruturais, analisaram as propriedades mecânicas e físicas

dos corpos de prova de concreto produzidos com fibras de borracha de pneu e

48

compararam com o concreto convencional. Para a composição do concreto com

borracha é substituído 10%, em relação ao volume do agregado miúdo por resíduo

de borracha. Com a realização dos ensaios observou-se que um acréscimo nos

valores de resistência à tração aos 28 dias superior a ordem de 10%. O módulo de

elasticidade do concreto com adição do resíduo foi maior que o módulo do concreto

sem resíduo 5%. Observou-se, também, uma redução nos valores de absorção de

água e a redução da resistência à compressão ficou abaixo de 5%. Vale ressaltar

que a composição do traço para o concreto com resíduo sofreu redução do fator

água/cimento e utilizou-se aditivo superplastificante.

Pereira (2016) estudou a incorporação de diversas quantidades do resíduo

de borracha (5, 10 e 15%) em concreto de alto desempenho. Avaliou-se as

características físicas do concreto e comparou com o concreto sem adição.

Analisando a resistência à compressão de acordo com o autor para as substituições

de 5, 10 e 15% obteve-se uma redução de 17, 14,5 e 28,5%, respectivamente. Para

a resistência à tração uma redução de 11, 19,5 e 32,2%, respectivamente. Apesar

das reduções, o concreto com 5% de substituição atingiu resistência à compressão

superior a 50 Mpa, viabilizando sua utilização em CAD.

Albuquerque et al. (2016) analisaram as propriedades mecânicas do

concreto, elaborado a partir da substituição de 10% do agregado miúdo por borracha

de pneu. Também observou-se o aumento do consumo de cimento em duas frações

5% e 30%, se comparados ao concreto sem adições. Foram realizados testes

experimentais em corpos de prova submetidos à compressão axial e flexão simples.

Com os resultados obtidos pode-se observar que ao substituir 10% de borracha

houve redução na resistência à compressão, para mesmo consumo de cimento de

44%. Com o acréscimo de 5% de cimento obteve-se uma redução de 28% e com o

aumento do consumo para 30% uma pequena redução 7%. Para os testes de flexão

simples observou-se decréscimo de 43% para o concreto com borracha e sem

acréscimo de cimento, em relação ao concreto sem borracha. Com o acréscimo de

30% de cimento a resistência à flexão foi aproximadamente igual à da amostra de

concreto sem borracha. Desta forma, para que o concreto com adição de 10% de

49

borracha tenha propriedades mecânicas equivalentes ao concreto convencional,

deve-se aumentar o consumo de cimento para 30%.

2.1.2.3 – Utilização do Resíduo de Pneu em Argamassas

Prado et al. (2007) avaliaram a eficiência do resíduo de borracha de pneu

como impermeabilizante na utilização em alicerces, piscinas, caixas d’água e

revestimentos internos e externos de paredes. Utilizaram o resíduo proveniente da

trituração de pneus inservíveis com duas granulometrias 420 μm e 1000 μm, que

foram incorporados nas argamassas substituindo o agregado miúdo em 20% do

volume. Elaboraram também, uma argamassa padrão com adição de aditivos

impermeabilizantes, sem adição de borracha, para efeito de comparação. Foram

realizados dois traços 1:3 (cimento: areia), para revestimento impermeável de caixas

d´água, piscinas e alicerces e o traço 1:2:8 (cimento:cal:areia), para revestimento

interno e externo de paredes.

Com a realização dos ensaios os autores observaram para o traço 1:3, que

em relação à absorção, não ocorreram variações significativas dos traços com

utilização de borracha. Para o traço 1:2:8, a borracha se mostrou um material

eficiente na redução de absorção, apresentando resultados melhores do que o traço

padrão e o traço com aditivo impermeabilizante.

Canova et al. (2008) estudaram argamassa de revestimento com resíduos

de pneus, que foi produzida com cimento, cal virgem e areia, no traço 1:1,5:9 (em

volume) e adição de pó de borracha, nas proporções 0, 6, 8, 10 e 12% do volume de

agregado. Avaliaram a massa específica, o teor de ar incorporado, a retenção de

água no estado plástico, a absorção de água e a resistência de aderência à tração.

A partir dessas análises concluíram que a argamassa com resíduo de borracha

apresentou menores incidências de fissuras no revestimento também redução no

módulo e na resistência, e aumento no teor de ar incorporado comparada a

argamassa convencional.

50

Meshgin et al. (2012) estudaram os efeitos de pneus inservíveis nas

propriedades mecânica e térmica de argamassa de isolamento. Com o aumento do

teor de borracha, a resistência à compressão e resistência à flexão das argamassas

diminuíram. A fratura ocorreu gradualmente e suavemente, não exibindo

características de fratura frágil. Os resultados de condutividade térmica mostraram

que as partículas menores e em maiores quantidades de borracha resultaram em

menor condutividade térmica. O MEV (microscopia eletrônica de varredura) mostrou

que a condição de interface entre as partículas de borracha e o cimento é adequada,

viabilizando a utilização da borracha em argamassas. Observou-se que a

condutividade térmica da argamassa depende não só da fração de volume das

partículas de borracha, mas também do tamanho médio das partículas. Quanto

menor for o tamanho de partícula da borracha, menor será a condutividade térmica

da argamassa com resíduos de borracha.

Em outra pesquisa Cintra et al. (2014) investigaram a utilização da borracha

de pneu na composição de argamassa de revestimento para alvenaria. Tais

argamassas foram comparativamente avaliadas em relação a outras feitas com os

mesmos componentes, exceto o agregado de borracha reciclada de pneus. Com

isso, foi possível aos autores identificarem a interferência causada pela adição da

borracha. Com os ensaios, os pesquisares concluíram que as argamassas contendo

vermiculita expandida e borracha reciclada de pneus apresentaram propriedades

similares no estado fresco. Enquanto que, no estado endurecido, apresentaram

melhores resultados de resistência à compressão e aderência do que aqueles

apresentados pelas argamassas, que não foram aditivadas com borracha (só com

vermiculita). Concluíram, também, que a combinação da borracha com vermiculita

em argamassas leves para alvenaria é uma alternativa viável, aliando aspectos de

sustentabilidade e proteção ambiental, além de possuírem menor custo, comparado

ao das argamassas à base de vermiculita.

Com o objetivo de analisar o isolamento acústico e térmico de placas

confeccionadas com resíduos de borracha, Lima et al. (2014) produziram dois tipos

de compostos utilizando como matriz o PVA (poliacetato de vinilla). O primeiro,

51

apenas constituído por farelo da borracha de pneu e o aglomerante PVA (material

compósito), o segundo tipo de corpo de prova (sanduíche) que seguiu o mesmo

procedimento de fabricação do primeiro. Ao final do processo de cura em estufa,

foram coladas duas placas de compensado de madeira formando três camadas

sequenciais, que foram submetidas ao processo de prensagem e, posteriormente,

de cura.

Após a execução dos ensaios, os autores concluíram que as placas tipo

sanduíche apresentaram valores superiores quanto ao isolamento térmico e

acústico, quando comparados apenas com a borracha. Resultado suficiente para

demonstrar o ótimo desempenho termo acústico, comparado aos materiais com

estes fins disponibilizados no mercado.

Queirós (2015) avaliou o desempenho de argamassas à base de cimento

para rejuntamento de placas cerâmicas com adição (em massa) de resíduo de

borracha em diversas proporções (4, 8, 12, 16 e 20%) e comparou com a argamassa

sem adição. As argamassas foram submetidas aos ensaios de índice de

consistência, retenção de água, permeabilidade, absorção de água por imersão,

resistência à compressão e tração, densidade de massa no estado endurecido e

resistência de aderência à tração. Analisando os resultados, o autor verificou que a

argamassa de referência não atendeu às exigências nas normas de especificação

em apenas dois parâmetros avaliados: resistência à tração e retenção de água. A

argamassa de 4% de adição atendeu apenas às exigências de resistência à

compressão e de aderência à tração. As demais adições 8% 12% 16% e 20%

atenderam às normas apenas quanto à resistência de aderência à tração. O autor

conclui que a adição do resíduo de borracha não confere melhoria de desempenho

às argamassas de rejuntamento.

Pinto et al. (2016) estudaram o comportamento de argamassas mistas de

revestimento produzidas com 10% em volume de resíduos de borracha de pneus,

em substituição parcial ao agregado miúdo, aplicadas em painéis de alvenaria e

comparou a argamassas convencionais. Analisou-se o desempenho das

argamassas de revestimento mediante a realização de ensaios de permeabilidade à

52

água, resistência ao impacto de corpo duro e susceptibilidade à fendilhação. Com os

resultados obtidos, os autores concluíram que as argamassas com resíduo de

borracha apresentaram maior permeabilidade em torno de 25%. Em relação ao

impacto de corpo duro, ensaio relacionado à capacidade que a argamassa de

revestimento tem de oferecer segurança no uso e garantir seu desempenho após o

choque, apresentou decréscimo em torno de 21%, ou seja, com menor número de

impactos a argamassa com borracha apresentou fissuras. Em relação aos

resultados de susceptibilidade à fendilhação o comportamento das argamassas foi

idêntico, o que comprovou que nenhuma das argamassas pesquisadas apresentou

qualquer fissuração. Sendo assim além de viável a borracha traz benefícios à

argamassa.

Outra solução para os pneus inservíveis é fazer o pneu velho voltar para as

estradas, mas sob a forma de asfalto. Os pesquisadores descobriram que é possível

adicionar à composição asfáltica um percentual de borracha de pneu triturada. A

medida aumenta em mais do que o dobro a durabilidade do asfalto. Os fabricantes

do asfalto-borracha prometem ainda outros benefícios, como uma maior aderência e

a redução sensível dos ruídos de atrito (OLIVEIRA e CASTRO, 2007). Segundo

SEESP (2013), o asfalto-borracha custa R$ 1,4 mil por tonelada, frente aos R$ 1,1

mil do asfalto tradicional. Há muitos benefícios, mas nem todas as empresas estão

dispostas a arcar com o custo maior. A tecnologia traz vantagens ambientais - já que

a produção reaproveita pneus velhos. A cada quilômetro de rodovia com asfalto

ecológico, cerca de mil pneus são utilizados. Duas outras vantagens da estrada com

borracha são o aumento da aderência dos veículos na pista e a maior absorção da

água em dias de chuva.

Analisando as primeiras pesquisas (ALI et al.,1993; TOPÇU, 1994) observa-

se uma tendência favorável para a utilização das fibras de borracha de pneus em

forma de adição ao concreto. Outro fato importante foi que os pesquisadores

obtiveram reduções médias de 44% na resistência à compressão, isso se confirma

nos estudos realizados por Campos e Jacintho (2010), Romualdo et al. (2011),

Ignácio et al. (2011) e Queiroz (2012), que indicaram uma preocupação em relação à

53

quantidade de fibra de borracha que deve ser adicionada ao concreto. A fim de obter

menores decréscimos na resistência à compressão é conveniente a substituição dos

agregados pela borracha ao invés de adicioná-la ao concreto.

É importante observar que a redução das propriedades mecânicas do

concreto ocasionado pela incorporação da fibra de borracha não inviabiliza a sua

utilização. Segundo Ignácio et al. (2011), Romualdo et al. (2011), Santos et al.

(2010) Azmi, et al. (2008), Holmes, Dunne e O’Donnell (2014), Thomas e Gupta

(2015), outras propriedades não são alteradas, tais como a capacidade de absorção

de energia, que melhora com o aumento da tenacidade, bem como o aumento da

flexibilidade, trabalhabilidade, capacidade de absorção de energia e resistência à

abrasão.

Alguns pesquisadores não recomendam o uso do concreto com fibras de

borracha para peças estruturais ou que exijam maior resistência (CUNHA et al.

2011; ALI et al., 1993). Esta recomendação é desmistificada pela pesquisa realizada

por Albuquerque et al. (2016), a qual mostra que é possível obter a mesma

resistência do concreto convencional com o aumento do consumo de cimento,

resultado esse corroborado com as pesquisas de Marques et al. (2011), alcançando

resistência de 30 MPa e de Pereira (2016) superior a 50 MPa.

Em relação à redução da resistência à compressão, a propriedade mecânica

estudada pelos pesquisadores, nota-se uma grande variação para uma substituição

de 10%. Albuquerque et al. (2016) apontam uma redução de 44%, porém Pereira

(2016) determina 14,5%, fazendo-se necessário um aprofundamento no estudo da

dosagem do concreto com resíduos de borracha.

Também observa-se na literatura algumas divergências de opinião quanto à

dimensão do resíduo a ser utilizado. De acordo com Topçu (1994) os agregados de

borracha graúdos afetam as propriedades do concreto com maior intensidade que os

agregados de borracha finos, porém Sukontasukkul e Chaikeaw (2006) afirmam que

a mistura das borrachas (resíduos miúdos e graúdos) apresentaram os melhores

54

resultados, que segundo Panzera et al. (2009) é devido à melhor graduação, a qual

resulta em melhor compactação e maior densidade.

A confirmação do bom comportamento da aderência realizada por França

(2004) em concretos, com incorporação de borracha, e sua possível utilização em

concretos armados despertou o interesse de pesquisar seu comportamento quanto à

utilização em fundações profundas.

O levantamento bibliográfico não apontou nenhum estudo de concretos com

utilização de fibra de borracha de pneu em fundações, por esse motivo tornou-se

relevante e de grande interesse a realização desta pesquisa, a qual dá um destino

ambientalmente correto a este resíduo, abrindo uma outra possibilidade de substituir

parte da areia do concreto, agregado que se encontra em escassez nas capitais e

vários municípios brasileiros.

Na sequência deste capitulo serão relatadas algumas considerações sobre

fundações, dando ênfase para as estacas escavadas sem fluido estabilizante, objeto

de estudo desta pesquisa e a aderência aço-concreto.

2.2 Fundações

Entende-se por fundações os elementos da estrutura que tem por objetivo

transmitir ao terreno a carga da edificação. Para o seu dimensionamento, necessita-

se do cálculo das cargas atuantes sobre as mesmas, o estudo do terreno e a

viabilidade econômica.

Entretanto, na geotecnia, o termo “fundações” não é compreendido apenas

pelos elementos estruturais, mas também por todo o solo que envolve os elementos

e suporta os esforços gerados pela presença da edificação sobre o mesmo

(VARGAS, 1998).

Segundo Bittencourt (2012), um sistema de fundação é composto pelas

unidades estruturais e pelo subsolo, que tanto pode se constituir por solo como por

55

rocha. Portanto, a resposta diante a uma determinada solicitação é resultado da

interação entre os elementos estruturais e os geotécnicos. Os elementos estruturais

devem ser resistentes o bastante para que possam, ao transferir a carga ao solo,

resistir adequadamente aos esforços solicitantes advindos da ação dos

carregamentos externos provenientes da superestrutura. Da mesma maneira, deve-

se verificar a capacidade resistente do solo em absorver as cargas atuantes, a fim

de que a mesma não provoque ruptura ou apresente deformações excessivas.

Geralmente as fundações são classificadas em superficiais e profundas. De

acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010) as fundações superficiais são aquelas que as

camadas do subsolo imediatamente abaixo da futura edificação têm a capacidade

de suportar as cargas que lhes serão transmitidas. As fundações denominadas

profundas são elementos que transmitem a carga a profundidades maiores, seja por

sua ponta ou pela superfície lateral ou mesmo uma combinação das duas.

Gusmão (2008) cita que: “A escolha do tipo de fundação é um exercício de

engenharia muito complexo, que envolve um grande número de variáveis. Em geral,

as pessoas pensam que apenas o terreno influencia nessa escolha, o que não é

verdade. De fato, o tipo de terreno, ou seja, os solos presentes e suas propriedades

geomecânicas são importantes na definição da fundação, mas o engenheiro

geotécnico deve levar em consideração outros aspectos, tais com os dados da

estrutura projetada, dados da vizinhança, dados da execução e dados econômicos”.

2.2.1 – Fundações Superficiais

Segundo Terzaghi e Peck (1980) uma fundação é superficial quando sua

largura é igual ou maior que a sua profundidade. A norma NBR 6122 (ABNT, 2010)

cita que as fundações superficiais são aquelas que transmitem a sua carga ao

terreno, pelas tensões distribuídas na base da fundação e sua profundidade de

assentamento. Em relação ao terreno adjacente é inferior duas vezes menor

dimensão do elemento estrutural da fundação.

56

São denominadas fundações superficiais as sapatas corridas, radier, sapata

associada.

2.2.2 – Fundações Profundas

As fundações profundas, assim como as fundações rasas, têm a função de

distribuir as tensões provenientes da superestrutura no solo. No entanto, o

mecanismo de transferência de carga para fundações profundas ocorre ao longo do

elemento estrutural, conforme ilustra a Figura 2.9, onde para uma estaca carregada

verticalmente, por um carga conhecida, Q em um determinado solo com parâmetros

conhecidos, dentre eles coesão, c, ângulo de atrito, , e peso específico, , em uma

dada profundidade, z, a carga atuante numa secção qualquer, corresponderia a uma

carga, Qz, menor que aplicada em superfície e para a profundidade equivalente ao

comprimento da estaca, Lp, a carga restante seria a carga de ponta da estaca, Qp.

Figura 2.9 - Perfil qualitativo de distribuição de carga axial em uma estaca.

Fonte: Schulze (2013) adaptado pelo autor

A NBR 6122 (ABNT, 2010) descreve alguns tipos de fundação profunda:

57

• Estacas cravadas por percussão

• Estacas cravadas por prensagem

• Estacas escavadas, com injeção

• Estacas tipo broca

• Estacas apiloadas

• Estacas tipo Strauss

• Estacas escavadas

• Estacas tipo Frank

• Estacas mistas

• Estacas “hélice contínua”

2.2.2.1 – Estacas

As estacas são peças esbeltas (L>>) que transferem as cargas dos pilares

às camadas mais profundas do terreno (uma parte por atrito lateral, que se

desenvolve ao longo do fuste, e outra, pela resistência de ponta). Podem ser

utilizadas de forma isolada ou em grupo. Melo (2009).

As estacas podem ser classificadas segundo diferentes critérios. De acordo

com suas características físicas, o material de fabricação, entre os quais se tem o

concreto, o aço e a madeira como os mais comuns, e de acordo as condições de

trabalho ou procedimentos construtivos, que separam as estacas segundo as

condições do solo e seu comportamento ao serem executadas (nível de

deslocamento) como:

a. "de deslocamento", onde tem-se 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 temos as estacas escavadas em geral, uma vez

que o solo é removido para abrir o espaço a ocupar pela estaca

(VELLOSO E LOPES, 2010).

58

Terzaghi e Peck (1967) classificaram as estacas agrupando-as em três tipos:

a. Estacas de atrito em solos granulares muito permeáveis, também

chamadas estacas de compactação: transferem a maior parte da carga

por atrito lateral.

b. Estacas de atrito em solos finos de baixa permeabilidade: Transferem ao

solo as cargas aplicadas por atrito lateral, mas não produzem

compactação notável do solo.

c. Estacas de ponta: Transferem as cargas a uma camada de solo resistente

situada abaixo da ponta da estaca.

Com base na classificação apresentada acima, as estacas podem ser

separadas em duas categorias como na Tabela 2.3.

Tabela 2.3: Classificação das estacas.

2.2.2.2 – Estacas Escavadas

Assim se denominam as estacas executadas por uma perfuração ou

escavação, com retirada de material, que, na sequência, é preenchida com concreto.

As escavações podem ter suas paredes suportadas ou não, e este suporte pode ser

garantido por revestimento recuperável, perdido ou por fluido estabilizante

(VELLOSO e LOPES, 2010). O presente trabalho trata de estacas escavadas

mecanicamente sem o uso de fluído estabilizante e sem o emprego de revestimento.

59

Está no grupo de estacas de substituição, onde ocorre a retirada de solo

para substituição por concreto e durante esse processo acontece o amolgamento e

um alívio de tensões no solo ao redor da estaca.

De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010), a estaca escavada é uma estaca

moldada in loco, sem o emprego de revestimento ou fluido estabilizante. A referida

norma limita a sua profundidade ao nível do lençol freático e recomenda também

que não se deve executar estacas com espaçamento mínimo igual a três vezes seu

diâmetro em um intervalo inferior a 12 horas.

2.2.3 – Estacas do Tipo Escavada sem Fluido Estabilizante

A NBR 6122 (ABNT, 2010) define a estaca escavada como sendo um tipo de

fundação profunda que é moldada in loco executada por perfuração no solo através

de um trado espiral, sem necessidade de revestimento ou de fluido estabilizante,

desde que o perfil do subsolo tenha características tais que o furo se mantenha

estável.

Para execução desta estaca é utilizado trado curto acoplado a uma haste. A

perfuração quando atingida a profundidade de projeto poderá ter o fundo apiloado,

quando for especificado em projeto.

A NBR 6122 (ABNT, 2010) ressalva que a profundidade máxima deste tipo

de estaca é limitada ao nível do lençol freático. Quanto a sua concretagem, é

indicado que seja realizada no mesmo dia da perfuração utilizando-se um funil de

comprimento superior a 1,5 m, com a finalidade de orientar o fluxo de concreto e

evitar a sua desagregação.

A referida norma recomenda que: (a) a resistência à compressão do

concreto aos 28 dias seja igual ou maior a 20 MPa, para um consumo de cimento

superior a 300 kg/m3; (b) a consistência plástica esteja entre 8 e 12 cm para estacas

60

não armadas e de 12 a 14 cm para estacas armadas, e (c) o agregado tenha

diâmetro máximo 19 mm.

Conforme a norma NBR 6122 (ABNT, 2010), pelo menos 1% das estacas e,

no mínimo, uma por obra deve ser exposta abaixo de sua cota de arrasamento e

quando possível até o nível d’água com o objetivo de se verificar a integridade e a

qualidade do fuste.

Em relação à resistência característica do concreto fck orienta a adotar um

fator redutor de 0,85, para levar em conta a diferença entre os resultados de ensaios

rápidos de laboratório e a resistência sob a ação de cargas de longa duração.

Um importante aspecto das fundações escavadas a ser observado é o alívio

de tensões e seus efeitos. O’Neill (2001) relata que o efeito deste alívio, a partir da

face externa da fundação é de aproximadamente igual a 2 a 3 raios do furo, para a

argila pré-adensada (Beaumont clay). As medidas de velocidade de onda (SASW -

Spectral Analysis of Surface Waves) permitiu ao autor hipotetizar que, por efeito da

escavação, a resistência não drenada poderia ser reduzida à metade do seu valor

inicial na interface fundação-solo em solo argiloso (O’NEILL, 2001). Reese e O’Neill

(1970) relatam que é razoável reconhecer que a magnitude das tensões cisalhantes

que podem se desenvolver ao longo do fuste de uma estaca escavada pode ser

influenciado por vários parâmetros, incluindo o método de construção (seco ou

úmido), composição do solo, geometria base, relação água/cimento do concreto, tipo

de carregamento (curto ou longo prazo) e condições ambientais, resultando em

contração ou expansão da superfície do solo.

Del Pino Júnior (2003) estudou a interação solo-estrutura de 4 estacas

escavadas, com trado mecânico, de concreto, com 0,32 m de diâmetro e 10 m de

comprimento, através da execução de provas de carga horizontal no Campo

Experimental da Unesp, campus de Ilha Solteira. O solo do local é pertencente à

formação arenito Bauru, composto essencialmente por arenitos de granulação fina

com teor variável de argila e coloração avermelhada. Este solo é pouco compacto,

bastante poroso e colapsível.

61

A partir dos resultados das provas de carga, Del Pino Júnior (2003)

determinou a variação do coeficiente de reação horizontal do solo (nh) em função do

deslocamento horizontal na superfície do terreno (y0), por meio do método de

Matlock e Reese (1961). O autor conclui que a influência da rigidez flexional se

mostrou mais expressiva do que a influência da rigidez do solo.

Chang et al. (2004), usando resultados da variação da tensão horizontal

durante a construção de estacas escavadas em solo residual compactado,

concluíram que há uma drástica redução da tensão horizontal depois da escavação

do furo e uma gradual recuperação durante e depois da concretagem com valores

de 80 e 94% do valor inicial, respectivamente, para 0,5 m e 0,90 m distantes da face

do furo. Mesmo depois de 19 dias, as tensões não tinham retomado ao seu valor

original e assim, pode-se dizer que o coeficiente de reação horizontal para as

estacas escavadas deverá ser menor que o valor do coeficiente de empuxo no

repouso (Ko). Os efeitos provocados na interface fundação-solo podem aumentar ou

diminuir dependendo do concreto usado (relação água/cimento), do potencial de

sucção do solo ao redor do furo (sucção matricial), da temperatura ambiente do solo

e da taxa na qual o concreto é lançado (efeito de segregação).

Anjos (2006) analisou o comportamento de estacas escavadas, realizou um

estudo experimental e numérico dando ênfase a métodos de determinações da

capacidade de suporte e deslocamento. Os métodos de avaliação da capacidade de

suporte apresentam-se em função de ensaios in situ do tipo CPT e SPT. O autor

sugere que a carga de ruptura seja avaliada levando em conta a forma da execução

da fundação e sugere ainda uma adaptação ao método de Paikowsky (1999),

adicionando uma variável referente a mobilização do atrito.

Zammataro (2007) estudou o comportamento de 3 estacas tipo escavada e 3

estacas hélice contínua, todas com 0,4 m de diâmetro e 12 m de comprimento,

através da execução de provas de carga horizontal, no Campo Experimental de

Mecânica dos Solos e Fundações da Faculdade de Engenharia Agrícola da

Unicamp. Estimou-se a carga de ruptura por meio dos métodos mais utilizados na

literatura para estimativa da capacidade de carga em estacas submetidas à

62

compressão axial, com o objetivo de verificar a validade desses métodos nos casos

de carregamentos horizontais. Observou-se grande variação dos valores de carga

de ruptura obtidos através dos diferentes métodos.

Os métodos de Van Der Veen (1953) e de Mazurkiewicz (1972)

apresentaram resultados semelhantes, enquanto que os valores de carga de ruptura

obtidos pelo método da NBR 6122/96 mostraram-se bastante conservadores. O

autor sugeriu a utilização da NBR 6122/96, por apresentar valores mais

conservadores, ou seja, a favor da segurança e concluiu que a maioria dos métodos

apresentou grande imprecisão quando aplicados a estacas que apresentaram

pequenos deslocamentos, gerando valores superestimados de carga de ruptura.

França (2011) estudou o comportamento de estacas escavadas de grande

diâmetro, que foram submetidas a carregamentos axiais de compressão, com o

objetivo de buscar parâmetros que pudessem proporcionar uma redução no

comprimento das estacas. Utilizaram-se teorias amplamente aplicadas no meio

técnico com o propósito de interpretar as curvas vs recalque. O autor concluiu no

que se refere aos métodos de extrapolação da curva carga vs recalque dos diversos

métodos utilizados (DÉCOURT, 1970; CHIN-KONDENER, 1970; DAVISSON, 1972;

NBR 6122, 2010; DE BEER, 1988; VAN DER VEEN, 1953; MAZURKIEEWICS,

1972; BUTLER e HOY, 1977), o método de Décourt (1996) e de Chin-Kondner (1970

e 1971), apresentaram valores próximos e coerentes com a das provas de cargas,

concluindo que o máximo recalque atingido foi da ordem de 5% do diâmetro da

estaca.

O autor destaca que a utilização do método de Randolph-Wroth (1978)

juntamente com uma variante proposta por Negro, Ferreira e Sozio (1982) mostrou-

se uma excelente opção para o meio técnico na previsão de recalques e para a

carga de trabalho da estaca. Sendo assim conclui que com a utilização do método

de Décourt e Quaresma, utilizando parâmetro , foi possível uma redução de três

metros em relação as cotas de ponta estipuladas em projeto.

63

Albuquerque et al. (2011a) e Albuquerque et al. (2011b) apresentaram

resultados de prova de carga instrumentadas, sendo o primeiro no campus

experimental da UNICAMP no Brasil e o segundo no campo experimental da

universidade do Porto em Portugal. Ambos os trabalhos usaram extensômetros

elétricos colados em barras para estacas escavadas, hélice contínua e ômega. Ao

final das simulações foram feitas exumações das estacas para verificar suas

condições.

No primeiro trabalho as estacas foram instrumentadas em 4 (quatro) níveis

constituídos de extensômetros elétricos, na configuração de ponte completa, colados

em barras de aço CA-50A, introduzidas em tubos, sendo solidarizados as estacas

através de pasta de cimento, não sendo recuperáveis. No segundo trabalho as

estacas foram instrumentadas em 6 (seis) níveis com sensores compostos por

extensômetros elétricos colados em barras de aço, inseridos em tubos previamente

concretados nas estacas. Neste trabalho foi utilizada uma tecnologia que permitiu o

posicionamento e a remoção dos instrumentos, combinado com outras

instrumentações como célula de pressão total na ponta da estaca e LVDT

(Transformador Diferencial Variável Linear) nos topos das estacas. Como resultado

dos trabalhos concluiu-se que estacas escavadas e hélice contínua têm

comportamento similar de atrito lateral e que ambas as técnicas de instrumentação

aplicadas em cada trabalho são boas em termos de medidas da distribuição de

carga em uma fundação profunda.

Schulze (2013) comparou os resultados da aplicação dos métodos semi

empíricos para o cálculo da capacidade de carga do sistema solo – estaca com os

valores de referência obtidos por uma prova de carga instrumentada em

profundidade, em uma estaca escavada por trado mecânico, com diâmetro de 250

mm e comprimento igual a 5,0 m, executada no solo do tipo laterítico na região de

Campinas-SP. Os dados da instrumentação revelaram que a estaca em estudo

caracterizou-se como uma estaca de atrito e que maior parte dos métodos semi

empíricos forneceu resultados abaixo da capacidade de carga obtida pela prova de

carga.

64

Ho-Young et al. (2013) realizaram provas de carga horizontal em quatro

estacas escavadas na cidade de Iksan, Coreia do Sul, com o propósito de estudar o

comportamento de estacas carregadas horizontalmente, instaladas em solo granítico

temperizado. Para o cálculo da carga horizontal, os autores aplicaram métodos

teóricos: Hansen (1961) e Broms (1964). Métodos que utilizam as curvas de p-y:

software computacional LPILE e FAD; um método elástico: Poulos (1971); e um

programa de elementos finitos 3D chamado ABAQUS. Os autores concluíram que os

métodos de Poulos (1971) e Broms (1964) tendem a subestimar a capacidade de

carga lateral, pois esses métodos consideram separadamente os solos como

puramente arenosos ou puramente argilosos. As curvas de p-y fornecidas pelos

softwares LPILE e FAD forneceram capacidades de carga conservadoras.

Finalmente as análises por meio de ABAQUS forneceram resultados mais precisos,

pois este método considerou a mudança da coesão e do volume do solo, provocado

pelo atrito entre a estaca e o solo.

Pérez (2014) estudou o comportamento de estacas escavadas a trado com

três diferentes diâmetros: 250 mm, 300 mm e 400 mm, com comprimento de 5,0 m,

todas instrumentadas, submetidas a provas de carga estática do tipo lenta, em

comparação com a teoria da transferência de carga e dos métodos teóricos e semi

empíricos para o cálculo da capacidade de carga. As instrumentações foram

construídas com extensômetros elétricos em ponte completa, em barras de CA-50A

de 12,5 mm de diâmetro e 300 mm de comprimento, fixadas com arame recozido

junto às ferragens da estaca, sem tubos de proteção, posicionadas no topo e na

ponta de maneira a se obter os dados do mecanismo de transferência de carga em

profundidade. Como resultado da instrumentação pôde-se afirmar que as estacas

trabalharam preponderantemente por atrito lateral. Observou-se, também, que os

métodos semi empíricos e teóricos superestimaram a carga de ponta e

subestimaram a carga de atrito lateral. Verificou-se que o método Décourt e

Quaresma (1996) com a utilização do coeficiente = 2 foi o que melhor que se

aproximou e se adequou ao local em estudo.

65

Marzola (2016) avaliou o comportamento da estaca do tipo escavada com

diâmetro de 30 cm e 5 m de comprimento, submetida a provas de carga estática

horizontal em duas condições de solo: natural e inundado. O objetivo do autor foi

obter o comportamento carga vs deslocamento horizontal da estaca com o intuito de

determinar o coeficiente de reação horizontal do solo na condição natural e

inundada. Realizaram-se leituras através de um inclinômetro ao longo da

profundidade da estaca para cada estágio de carga e nas duas condições estudadas

(natural e inundada). Esses deslocamentos foram comparados, pelo autor com

aqueles obtidos a partir das análises numéricas. Verificou-se que a inundação do

solo provou uma redução da sucção e também no valor do coeficiente de reação

horizontal. Observou-se, também que os resultados indicaram que os

deslocamentos atingiram profundidades iguais nas duas condições e contrários dos

resultados numéricos.

Pereira (2016) realizou estudos comparativos entre os valores de carga de

ruptura, atrito lateral e resistência de ponta, obtidos através de métodos de

interpretação e os valores alcançados pelos dados da instrumentação, para isso

utilizou duas estacas, do tipo escavada, com diâmetros de 0,7 e 1,0 m. Realizou

também estudos comparativos com métodos semi-empíricos para dimensionamento

de estacas, baseados nos ensaios SPT e CPT/CPTU, com o intuito de analisar suas

estimativas de carga de ruptura, atrito lateral e resistência de ponta para estacas

estudadas. De acordo com o autor, os resultados mostraram uma grande dispersão

entre os valores obtidos pelos métodos semi-empíricos, cujas estimativas de

capacidade de carga se mostraram conservadoras. Para os métodos de

interpretação que definem da carga de ruptura, o autor observou uma variação

grande nos resultados, em função do método empregado e também em função da

curva carga - recalque utilizado, no caso de estacas submetidas a sucessivos

carregamentos. Quanto aos métodos para separação das parcelas resistentes de

atrito e ponta, concluiu-se que os resultados mostraram uma boa aproximação com

os resultados da instrumentação.

66

Devido à grande utilização do tipo de estaca escavada sem uso de fluido

estabilizante, na região noroeste do estado de São Paulo em obras atuais de

pequeno a médio porte e, também, por existirem várias pesquisas realizadas em

diversos campos experimentais, escolheu-se este tipo de estaca para desenvolver

um estudo sobre seu comportamento quando empregado o concreto com resíduos

de borracha oriundos de pneus.

2.2.4 – Provas de Carga Estática em Estacas

Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), a prova de carga é um ensaio que visa

determinar, por meios diretos, as características de deslocamento ou resistência do

terreno ou de elementos estruturais da fundação.

No Brasil, o método de ensaio é prescrito pela NBR 12131 (ABNT, 2006) e se

aplica às provas de carga com cargas controladas que se subdividem em:

carregamento lento; carregamento rápido; carregamento misto (lento seguido de

rápido); carregamento cíclico (lento ou rápido).

A realização deste ensaio em verdadeira grandeza faz-se necessário diante

das dificuldades em conhecer as propriedades do solo onde as fundações serão

construídas, as alterações das condições iniciais provocadas pela execução das

estacas e o comportamento complexo do conjunto estaca-solo, de difícil modelagem

numérica ou analítica Albuquerque (2001).

A finalidade das provas de carga, utilizadas em geotecnia para se estudar o

comportamento estaca-solo, é de verificar aspectos importantes como a capacidade

de carga, deslocamentos do elemento da fundação e ainda, no caso das estacas

instrumentadas, a transferência de carga em profundidade Albuquerque (1996).

Os objetivos mais importantes das provas de carga são (GALVAN, 2001):

- Determinar a capacidade de carga vertical ou horizontal;

67

- Definir de forma confiável o comprimento necessário das estacas de atrito;

- Experimentar os procedimentos construtivos projetados para a fabricação

das estacas.

Para atingir os objetivos anteriores, as provas de cargas devem ser realizadas

simulando as mesmas condições climáticas e de carga, sobre as quais trabalhará

normalmente a estaca.

Segundo Albuquerque (2001), em provas de carga estática, não são

aplicáveis estudos estatísticos, devido a não se conseguir um número significativo

de elementos, em consequência da estrutura necessária para a realização do

ensaio, que envolve elevados custos e tempo. O autor afirma que, apesar de todas

estas dificuldades, este procedimento ainda é o melhor para a comprovação do

desempenho de uma fundação isolada, principalmente se for profunda, do tipo

estaca ou tubulão.

De acordo com Santos e Pereira (2002), as questões básicas que envolvem

uma prova de carga estática é o número de ensaios a realizar, a escolha do sistema

de reação, o tipo de carregamento e outros.

Para definir o número de ensaios de carga adequados para um determinado

projeto de fundações, Fonseca (2006) prevê que se deve avaliar: a variabilidade dos

terrenos de fundação (em planta), as experiências documentadas do comportamento

do mesmo tipo de estacas em situações semelhantes, o número total de estacas e

dos tipos de fundação a dimensionar.

De acordo com Décourt (2008) as provas de carga comum, ou seja, sem

instrumentação, podem oferecer muito mais informações do que as analisadas

habitualmente, pois através do Conceito de Rigidez podem-se estimar, além da

carga de ruptura, os domínios (intervalos de variação) de ponta e de atrito lateral.

68

Gotlieb (2008), no caso de estacas pré-moldadas (concreto, metálica e

madeira), moldadas in-loco por cravação de tubo de revestimento com ponta

fechada (Franki e tubada), recomenda dois ensaios estáticos em cada bitola das

estacas, cujas cargas de trabalho sejam iguais ou superiores a 900 kN. Para estacas

moldadas in-loco de pequeno diâmetro (410 mm), o autor recomenda pelo menos

dois ensaios estáticos em cada bitola das estacas, cujas cargas de trabalho sejam

iguais ou superiores a 900 kN e para as estacas moldadas in-loco de grande

diâmetro (450 mm), pelo menos dois ensaios estáticos em cada bitola das estacas,

cujas cargas de trabalho sejam iguais ou superiores a 1500 kN.

França (2011) justifica em seu trabalho que a adoção de provas de carga

estática instrumentadas em profundidade é a técnica mais recomendada para

compreender melhor o mecanismo de transferência de carga em fundações

profundas, bem como a distribuição do atrito lateral, sendo ainda possível obter a

curva carga vs recalque e a consequente carga de ruptura, por ser uma técnica

muito confiável.

Segundo Fellenius (2012a), a não consideração do efeito da carga residual na

avaliação do resultado de uma prova de carga estática, pode resultar em conclusões

erradas tais como: a resistência lateral da estaca será maior que o valor real,

enquanto que a resistência de ponta será menor que a real. Quando a carga residual

não é considerada, a distribuição de carga na estaca vai ser uma curva que diminui

com a profundidade, o que indica que a resistência diminui com a profundidade. Em

oposição à forma mais realista de uma curva que aumenta, (solo homogêneo) indica

uma crescente de resistência com a profundidade. As cargas residuais são

constituídas, usualmente, pela soma das tensões de cisalhamento devido ao atrito

negativo ao longo da parte superior da estaca em equilíbrio com o resto da estaca

abaixo do ponto de equilíbrio – plano neutro. Elas podem ser geradas por diversos

fenômenos, entre eles estão a onda de ação durante a cravação (caso de estacas

cravadas), a formação do cake ao longo da estaca e a reconsolidação do solo

depois do distúrbio causado pela instalação.

69

Fellenius (2012b) alerta que as informações obtidas em uma prova de carga

estática em uma estaca instrumentada podem ser facilmente distorcidas por eventos

de carga e descarga ou por níveis de incrementos de carga desiguais. Manter os

incrementos de carga em níveis de tempo diferente irá afetar negativamente a

intepretação dos resultados.

De acordo com Albuquerque e Melo (2014), a análise de comportamento de

transferência de carga de fundações profundas tem se tornado cada vez mais

importante na engenharia de fundações e para isso, pode-se utilizar dentre várias

técnicas, o emprego de extensômetros elétricos de resistência (strain gages).

Há vários tipos de provas de carga; que são diferenciados pelo tipo de

carregamento: lento (SML - Slow Maintened Load), rápido (QML - Quick Maintened

Load), misto e cíclico, os quais são explanados a seguir, bem como menção às

provas de carga instrumentadas.

2.2.4.1 – Provas de Carga Lenta (SML)

Trata-se de um ensaio no qual as cargas são mantidas até a estabilização

dos recalques, dentro do critério descrito a seguir.

As cargas são aplicadas em estágios de até 20% da carga máxima prevista,

nos quais são mantidas até a estabilização dos recalques, ou seja, até tornarem-se

muito pequenos ou nulos. De acordo com o critério da NBR 12131 (ABNT, 2006), a

estabilização ocorre quando em duas leituras sucessivas o recalque não exceder a

5% do recalque total observado no mesmo estágio de carregamento, porém fixa um

mínimo de 30 minutos para cada estágio. Os intervalos de tempo entre leituras

seguem aproximadamente uma progressão geométrica de razão igual a dois, com a

leitura inicial na aplicação da carga do estágio.

Caso não ocorra ruptura ou deformação excessiva que impeça o adequado

prosseguimento do ensaio, o carregamento deve atingir o dobro da carga admissível

ou de trabalho da estaca.

70

O descarregamento é iniciado depois de decorridas 12 horas de manutenção

da carga de ruptura ou máxima aplicada à estaca, sendo realizado em estágios com

duração mínima de 15 minutos e pelo menos quatro estágios de descarregamento.

2.2.4.2 – Provas de Carga Rápida (QML)

Foi proposta inicialmente por Fellenius (1975), diferindo do ensaio lento,

basicamente, por manter estágios de carga e descarga por tempos determinados,

independentemente da estabilização dos recalques. Este tipo de ensaio foi realizado

neste trabalho.

Os recalques são lidos apenas no início e final de cada estágio, que, pela

NBR 12131 (ABNT, 2006) tem duração de 10 minutos, independentemente da

estabilização dos deslocamentos. Deve-se observar que a carga aplicada em cada

estágio não deve ser superior a 10% da carga de trabalho.

A descarga deve ser realizada em cinco ou mais estágios, mantidos por 10

minutos cada, com a leitura dos respectivos deslocamentos. A NBR 12131 (ABNT,

2006) recomenda que após 10 minutos do descarregamento total devem ser feitas

mais duas leituras adicionais aos 30 e aos 60 minutos.

Alguns autores consideram que, além da redução de custo e de prazo, este

procedimento proporciona melhor definição da curva “carga versus recalque” e da

carga de ruptura, devido à maior quantidade de pontos para seu traçado (ALMEIDA,

2009). Mas ainda persiste a polêmica quanto à influência da velocidade de

carregamento nos resultados de uma prova de carga (ver, por exemplo, Milititsky,

1991; e Massad e Winz, 2000).

Neste trabalho optou-se por executar este tipo de prova de carga, pois além

de ser mais vantajoso no ponto de vista técnico, prático e econômico (FELLENIUS,

1980) também há uma disponibilidade grande de pesquisas que utilizaram esse tipo

de carregamento.

71

2.2.4.3 – Carregamento Misto

O ensaio é realizado com carregamento lento até que a carga atinja 1,2 vez

a carga de trabalho da estaca, a partir deste ponto executa-se o ensaio com os

procedimentos do carregamento rápido.

2.2.4.4 – Ensaio de Carregamento Cíclico

Para este tipo de ensaio o carregamento deve ser realizado em ciclos de

carga e descarga com incrementos iguais e sucessivos. Ele se divide em dois tipos

de carregamento lento e rápido, sendo o que difere do ensaio é apenas o

incremento de carga e descarga. Maiores detalhes sobre este ensaio estão descritos

na NBR 12131 (ABNT, 2006).

Albuquerque (2001) ressaltou que a execução do ensaio lento leva

consideravelmente mais tempo em relação ao ensaio rápido. No entanto, a curva

carga-recalque obtida representa, de maneira mais adequada, o comportamento da

fundação em determinada etapa de carregamento. Com relação ao ensaio rápido, os

carregamentos são alterados antes da estabilização dos recalques, acarretando em

uma curva carga-recalque diferenciada do primeiro tipo de ensaio.

Almeida (2009) realizou provas de carga estáticas em placa, comparando

métodos de ensaio QML e SML, evidenciando as diferenças possíveis de resultados

a depender do tipo de metodologia utilizada. A Figura 2.10 apresenta o

comportamento típico de resultados de ensaios de provas de carga estática com

métodos de ensaio diferentes.

72

Figura 2.10 - Curvas tensão-recalque típicas dos diferentes tipos de ensaios.

Fonte: Fellenius (1975) apud Almeida (2009) adaptado pelo autor.

2.2.4.5 – Provas de Carga Instrumentada

De acordo com Pérez (2014), melhores resultados sobre o comportamento

de fundações profundas são obtidos quando se instrumentam as provas de carga,

entretanto o alto custo do ensaio, a complexidade do aparelho e a necessidade de

técnicos especializados dificultam sua utilização em larga escala.

Segundo Milititsky (1991), seria ideal realizar provas de carga estática com

instrumentação interna, pois deste modo obtém-se um maior controle sobre o

comportamento das estacas, promovendo de forma segura a definição de critérios

de ruptura para estacas não instrumentadas.

Os resultados de provas de carga instrumentadas promovem um maior

detalhamento das distribuições de tensões e deformações ao longo do fuste e ponta

da estaca ensaiada. Os tipos mais comuns de medidores de deslocamento em

profundidade utilizados para esta finalidade são os extensômetros elétricos,

medidores de deslocamento em profundidade ou extensômetros recuperáveis.

No Brasil, as técnicas mais utilizadas para instrumentação em provas de

carga são os medidores de deformação tell-tale e extensômetros elétricos (strain

73

gages), de acordo com Albuquerque (2001). Ainda segundo o autor, o uso de strain

gage é amplamente difundido no meio acadêmico, devido ao fato de fornecer

valores mais confiáveis.

Albuquerque (2001) ressaltou que, quando se deseja instrumentar uma

estaca devem ser tomados alguns cuidados, dentre eles: i) o posicionamento dos

instrumentos, que define o nível e a importância das informações que se visam

obter, por exemplo, o posicionamento em mudanças de camada de solo e próximo à

região da ponta; e ii) a definição de uma seção de referência onde se assume a

carga conhecida aplicada na PCE, pois a partir das deformações medidas pela

instrumentação calcula-se o módulo da estaca, sendo neste caso instalado um

instrumento num trecho inicial da estaca, situado abaixo do bloco de coroamento,

sem nenhum contato com o solo circundante. A seção instrumentada, deste trecho

inicial, é denominada seção de referência.

Existem três diferentes tipos de disposição de extensômetros no circuito da

ponte: i) um quarto de ponte; ii) meia ponte, e iii) ponte completa.

As configurações possíveis de montagem da ponte de Wheatstone são

ilustradas na Figura 2.11, quando somente um extensômetro está instalado no

sensor, dito ativo, e os outros três estão no módulo de leitura, ditos “externos”.

Nomeia-se o circuito em ¼ de ponte, ligação correspondente a número 1, na Figura

2.11. Nesta configuração as deformações que são obtidas possuem parcelas

decorrentes dos efeitos de temperatura (t), do esforço normal (F), e do momento

fletor (M) (LAIBLE, 2000).

Se forem dois extensômetros instalados no sensor, ditos “ativos”, e os outros

dois da ponte estão no módulo de leitura, ditos ‘externos’, o circuito é chamado de ½

ponte, ligação correspondentes aos números 2, 3, 4, e 5, da Figura 2.11. Nesta

configuração podem-se obter deformações que possuem parcelas decorrentes de

pelo menos dois efeitos: nos números 2 e 3, esforço normal e momento fletor; no

número 4, somente devido ao momento fletor; e no número 5, devido à temperatura

e ao esforço normal.

74

Quando os quatros extensômetros são instalados no sensor sendo todos

strain gages da ponte ativos, o circuito é nomeado de ponte completa, configuração

correspondente aos números 6 a 15, exceto a de número 9, da Figura 2.11. Essa

configuração apresenta a vantagem que as deformações obtidas decorrem somente

de um dos quatro efeitos: temperatura (T), esforço normal (F), momento fletor (Mb),

e momento torçor (Mt). Exceto na configuração mostrada no número 6, da Figura

2.11, onde as deformações decorrem de dois efeitos (esforço normal e momento

fletor).

75

Figura 2.11 - Configurações de montagem da ponte de Wheatstone.

Fonte: modificado de LAIBLE (2000).

76

Dunnicliff (1988) divide os strain gages em dois grupos: os instalados junto a

superfície da estrutura e os embutidos na estrutura. No caso de estacas moldadas in

loco, com exceção do topo, a instrumentação é embutida devido ao próprio processo

executivo, que impossibilita a instalação de sensores em profundidade junto a

superfície da estaca.

Considerando-se que durante a sua instalação a instrumentação está sujeita

a choques mecânicos e à umidade, sua preparação e instalação devem ser

cercadas de cuidados especiais. Atualmente, tem-se instalado estes instrumentos

após a implantação das fundações no campo, através de bainhas de aço corrugado

ou canos de aço, instalados nas estacas quando da sua confecção. Os instrumentos

são colocados verticalmente, e após são solidarizados a estaca através da injeção

de nata de cimento (ALBUQUERQUE, 2001).

Lorenzi (2012) cita que no Brasil as provas de carga estática instrumentadas

são executadas principalmente para a conferência do que já foi dimensionado no

projeto.

2.2.5 – Capacidade de Carga de Estacas

Segundo Cintra e Aoki (2010), a capacidade de carga do elemento isolado

de fundação é representada pela máxima resistência que o elemento pode oferecer

ou a carga que provoca a ruptura do sistema composto pelo elemento estrutural e o

maciço de solo que o envolve. Uma fundação profunda suporta carregamentos

verticais graças a sua capacidade de carga, esta composta por duas parcelas: a

parcela correspondente à resistência lateral que atua ao longo do fuste da estaca e

resistência de ponta. Portanto a capacidade de carga é definida como a soma das

cargas máximas que podem ser suportadas por essas resistências. A equação que

descreve o cálculo da carga de ruptura é a seguinte:

QT = QL + QP – w (2.1)

77

Onde:

QT =capacidade de carga da estaca;

QL = resistência última lateral;

QP =resistência última de ponta ou base, e

w = peso próprio da estaca.

Na maioria dos casos, o peso próprio da estaca é desprezado e a equação

pode ser reescrita da seguinte maneira:

QT = QL + QP (2.2)

Para obter a parcela da ponta (QP), basta multiplicar a resistência de ponta

em unidades de tensão (qp) pela área da seção transversal da ponta ou base da

estaca, e a parcela de atrito (QL) é a somatória das forças resistentes por atrito

lateral (fu), ao longo nos segmentos da estaca (CINTRA e AOKI, 2010). Logo a

equação da capacidade é a seguinte:

QT = QL + QP = fu At + qp Ap = U Σ (fu Δl) + qp Ap (2.3)

Onde:

qp = tensão limite no nível da ponta;

fu = tensão limite de cisalhamento ao longo do fuste;

Ap = área da secção transversal da ponta da estaca;

U = perímetro, e

Δl = é o comprimento de cada camada do solo.

Na literatura, há vários métodos para prever a capacidade de carga e o

desenvolvimento dos recalques (movimento vertical descendente) dos elementos de

fundação, tanto individualmente, como em grupo (MELO, 2009).

78

De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010) os métodos de previsão

existentes são: estáticos, dinâmicos e provas de carga. Os estáticos semi-empíricos

são os mais utilizados pelos projetistas de fundação no Brasil, porém a melhor forma

de se analisar o comportamento de fundações profundas carregadas é a prova de

carga (ALONSO, 1991; STEPHAN, 2000; FRANCISCO et al., 2004).

Utilizando-se ensaios in situ de penetração, tais como o SPT (Standard

Penetration Test), SPT-T (Standard Penetration Test with Torque Measurements),

CPT (Cone Penetration Test), DMT (Flat Dilatometer Test) e PMT (Pressiômetro

Menard), os métodos estáticos teóricos são os mais difundidos e utilizados no Brasil

para a estimativa da capacidade de carga. Contudo, Carvalho et al. (2002)

mencionam que por serem estes ensaios de campo pontuais, a presença de

desdobramentos importantes no perfil do solo pode não ser identificada.

Segundo Alcántara Júnior et al. (2004), os métodos teóricos apresentam

certa dificuldade de serem utilizados para a estimativa de capacidade de carga de

um elemento de fundação, pois esses métodos são baseados em fórmulas da

Mecânica dos Solos e parâmetros obtidos em ensaios de laboratório e/ou campo.

De acordo com Pérez (2014), em um sistema solo/estaca a capacidade de

carga depende: das propriedades do solo onde a estaca está instalada; do tipo de

execução; da sua seção transversal e do seu comprimento. A partir de dados

experimentais com estacas escavadas, diversos pesquisadores estabeleceram que

a resistência última lateral e a resistência última de ponta são completamente

mobilizadas a diferentes níveis de recalque.

Para Souza (2001) são inúmeras as teorias existentes para a determinação

da capacidade de carga de fundações. A maioria delas tem origem no

aprofundamento dos trabalhos clássicos de Prandtl (1921) e Reissner (1924), sendo

que as primeiras aplicações práticas, relacionadas a solos foram feitas por Caquot

(1934), Buisman (1935), Terzaghi (1943) e Meyerhof (1951).

79

Outro fato que deve ser considerado no estudo da capacidade de carga é a

permanência de cargas junto à ponta das estacas, causadas, ou pelo efeito da

cravação, ou por um carregamento anterior. Fontoura e Paes (1985) analisaram o

caso de tensões residuais desenvolvidas durante a cravação e o caso das cargas

residuais, provocadas por carregamentos anteriores, que receberam atenção de

vários outros pesquisadores como Hunter e Davisson (1969), Décourt (1993, 1994 e

1995) e outros.

A carga residual existente junto à ponta de uma estaca, ao final de um dado

carregamento, aparece em um recarregamento como um aparente aumento do atrito

lateral, tanto que instrumentações instaladas em estacas têm indicado aumentos nos

valores da carga máxima de atrito lateral e reduções nos valores da carga máxima

de resistência de ponta (SOUZA, 2001).

Para projetos de fundações em estacas a norma NBR 6122 (ABNT, 2010)

expõe que, uma vez determinada à carga de ruptura, é necessário garantir-se contra

o risco de recalques excessivos, ou seja, determinar uma carga admissível (Qadm),

que corresponde à carga que provoca apenas recalques admissíveis para a

estrutura e, que representa segurança à ruptura do solo e do elemento de fundação,

dividindo-se a carga de ruptura por um coeficiente de segurança (FS) adequado,

chegando-se à expressão:

FS

QQ r

adm (2.4)

2.2.6 – Transferência de Carga de Estacas ao Solo

A carga que uma estaca recebe em seu topo é transferida ao solo de duas

formas: a primeira forma é pela ponta em compressão que é chamada resistência de

ponta e a segunda forma é pelo esforço cisalhante chamado atrito lateral. Amann

(2010) define o fenômeno de transferência de carga como a deformação elástica do

80

material da estaca que, durante o processo de carga e descarga, interage por atrito

com o solo ao longo do comprimento do fuste.

Segundo Nogueira (2004), a transferência de carga no sistema solo/estaca é

o equilíbrio entre as forças solicitantes e resistentes ao longo da estrutura. Parte da

força normal atuante na seção da estaca é absorvida pelo solo, esta por sua vez vai

diminuindo de intensidade ao longo da profundidade.

De acordo com Pérez (2014) os métodos utilizados para as análises da

transferência de carga podem ser classificados em três categorias: Métodos

baseados na teoria da elasticidade com o emprego das equações de Mindlin (1936),

Métodos de transferência de carga baseados no modelo de Winkler (1867) e

métodos numéricos (POULOS e DAVIS, 1980).

Amann (2010) compila os métodos de transferência de carga mais

empregados na literatura técnica: Camberfort (1964), Coyle e Reese (1966),

Baguelin e Venon (1971), Randolph e Wroth (1978), Frank e Zhao (1982), Massad

(1992, 1993, 2000, 2008), Massad e Lazo (1998), Marques e Massad (2004),

Fleming (1992), Fonseca, et al. (2007), Amann (2008). O autor comenta que: “esses

métodos de análise são também chamados na literatura internacional como modelos

t-z e q-z. O “z”, é aqui simbolizado por “y”, embora internacionalmente “y” se refira

aos deslocamentos laterais da estaca, e à tensão de cisalhamento mobilizada no

solo, têm sido empregados extensamente na literatura internacional”.

O fenômeno de transferência de cargas pode ser analisado pelo método

matemático baseado em relações ou leis proposto pelo Cambefort (1964), e

simplificadas por Cassan (1978) e Baguelin et al. (1971), que baseados nas leis de

Cambefort, publicaram um modelo para determinar o comportamento de uma estaca

isolada submetida a um carregamento axial. Estas leis adotam relações do tipo

rígido-elástico-plástico para a resistência de atrito e para resistência de sua ponta.

Camberfort (1964) considera que a estaca é compressível e o solo existente

ao longo do fuste é homogêneo, com resistência e rigidez constantes.

81

Outro conceito importante, do qual se fará uso neste trabalho, é o de função

de transferência, tanto para o atrito lateral quanto para a ponta.

(a) Para o atrito lateral, trata-se da relação entre f, num ponto ao longo do

fuste e os deslocamentos verticais deste ponto; e

(b) Para a ponta, da relação entre a reação de ponta e o seu deslocamento

vertical.

2.2.7 – Alguns Procedimentos Usados no Brasil para Estimar a Carga de

Ruptura

2.2.7.1 – Generalidades

A determinação da capacidade de carga de uma estaca sempre foi

considerada um dos desafios mais importantes para a engenharia civil e, por mais

paradoxal que possa parecer, seu cálculo jamais contou com uma fórmula precisa e

ao mesmo tempo prática. Cada consultor de fundação tem sua própria conduta e

uma maneira particular de interpretar os dados fornecidos pelas sondagens.

2.2.7.2 – Estimativa da Carga de Ruptura (Qr)

A estimativa da capacidade de carga é feita pelos projetistas brasileiros por

intermédio de métodos empíricos ou semi-empiricos que se baseiam na

determinação das duas parcelas que compõem a equação (2.5), ou seja, a carga de

atrito lateral (Qs,r) e a carga de ponta (Qp,r), na ruptura, desmembradas na equação

(2.6). Portanto:

n

1i

i,sir,s A.fQ (2.5)

82

pr,pr,p A.qQ (2.6)

O atrito lateral unitário no trecho “i” (fi) e a resistência de ponta (qp,r), na

ruptura, são influenciados por diversos fatores. No Brasil, os projetistas de fundação

determinam estas tensões com base nos resultados do ensaio de penetração

contínua (CPT) e sondagem à percussão (SPT). Os métodos mais utilizados na

prática são baseados no ensaio de SPT, entre eles:

(a) Aoki e Velloso (1975);

(b) Décourt e Quaresma (1978) modificado por Décourt (1996);

(c) Milititsky e Alves (1985);

(d) Teixeira (1996);

(e) Vorcaro e Velloso (2000), e

(f) UFRGS (2005)

2.3 Aderência

2.3.1 – Generalidades

O objetivo deste estudo, como definido inicialmente, destinou-se a análise do

comportamento de estacas escavada sem fluido estabilizante, confeccionadas em

concreto com resíduo de borracha de pneu na sua confecção. Para uma melhor

análise a estaca será instrumentada, onde os extensômetros serão fixados nas

barras de aço que compõe a sua armadura, portanto é necessário analisar o

comportamento da aderência aço-concreto para garantir a acurácia e a

confiabilidade dos resultados.

83

A seguir é apresentada uma breve revisão sobre a aderência e que tem como

principal referência o trabalho de França (2004), que apresenta uma revisão e

discussão mais aprofundada sobre o assunto.

2.3.2 – Definição

Aderência é a ligação existente entre o aço e o concreto que impede ou reduz

o deslizamento entre eles. O deslizamento, no início do carregamento, é causado

em parte pela deformação elástica do concreto; entretanto, para cargas mais altas,

ele é causado pelo esmagamento do concreto em frente às nervuras.

Ducatti (1993) descreve a aderência como uma tensão de cisalhamento

entre a superfície de uma barra de armadura e o concreto que a envolve.

A aderência assegura igualdade de deformações específicas da armadura e

do concreto que as envolve, quando carregadas. O seu comportamento tem

importância decisiva com relação à capacidade de carga de estruturas de concreto

armado.

As tensões originárias das solicitações atuantes na superfície de contato

aço-concreto são denominadas tensões de aderência, as quais podem ser

estimadas a partir de expressões de cálculo propostas por normas provenientes de

ensaios executados ou de modelos matemáticos.

A aderência é avaliada pela relação entre a tensão de cisalhamento no

concreto circunvizinho à armadura e o deslocamento relativo entre os dois materiais,

provocado pela diferença entre as deformações específicas de cada um deles.

2.3.3 – Tipos de Aderência

De acordo com Fusco (1995) existem três tipos possíveis de aderência.

84

Aderência por adesão;

Aderência por atrito,

Aderência mecânica.

2.3.3.1 – Aderência por Adesão

É estabelecido pela ligação físico-química que atua na interface aço-

concreto durante as reações de pega do cimento. A aderência depende da limpeza

da superfície e da rugosidade das barras, o que não é suficiente para uma boa

aderência, pois é destruída no caso de pequenos deslocamentos da barra. A Figura

2.12 ilustra as condições de rugosidade da barra lisa.

Figura 2.12 - Acabamento superficial de fios e barras lisas.

Fonte: Fusco (1995).

2.3.3.2 – Aderência por Atrito

É devida a forças de atrito existentes entre o concreto e o aço, desde que

exista tensão transversal às armaduras. A aderência por atrito depende do

coeficiente de atrito entre o aço e o concreto, o qual é função do estado superficial

da barra.

2.3.3.3 – Aderência Mecânica

É a interação mecânica entre o aço e o concreto, decorrente da presença de

saliências na superfície da barra (nervuras laminadas, estrias). Este tipo de ligação

85

depende da forma, altura e inclinação das nervuras bem como da distância entre

elas. Através de intertravamento mecânico, do tipo de encaixe entre o concreto e as

nervuras das barras de aço, formam-se “consoles de concreto” que são solicitados

ao corte e à compressão, antes que a barra possa deslizar no concreto, conforme

ilustrado na Figura 2.13. A aderência mecânica é o tipo de ligação mais confiável,

pois contribui de maneira fundamental para a solidarização dos dois materiais e

possibilita melhor aproveitamento das resistências mais elevadas do aço.

Figura 2.13 - Geometria da barra nervurada e a interação mecânica barra-concreto.

Fonte: Modificado de TEPFERS (1979)

Segundo Fusco (1995), o efeito da aderência mecânica também está

presente nas barras sem nervuras (barras lisas), em virtude das irregularidades da

superfície inerentes ao processo de laminação. Entretanto, nestas, a aderência

mecânica e por atrito se confundem.

De acordo com o mesmo pesquisador, não é possível determinar cada

parcela de aderência isoladamente, e a separação da aderência em três parcelas é

simplesmente esquemática. Além disso, a aderência do aço ao concreto é

fortemente influenciada pela retração, pela deformação lenta e pela fissuração do

concreto.

86

2.3.4 – Parâmetros que Influem na Aderência

A tensão de aderência pode ser definida como sendo a relação entre a força

atuante na barra e a superfície da barra aderente ao concreto. Porém, existem vários

fatores que podem intervir na sua quantificação e influenciar o comportamento da

aderência. Seguem abaixo alguns fatores que devem ser levados em consideração

no dimensionamento e análise, indicando com que magnitude estes fatores influem

na aderência.

2.3.4.1 – Composição do Concreto

São poucos os pesquisadores que apresentam estudos sobre a influência do

traço do concreto na aderência. Como regra geral poderia ser estabelecido que

qualquer alteração no traço que não altere a resistência à compressão nem a

resistência à tração do concreto, também não alterará seu comportamento na

aderência.

Em confronto com essa regra Mauline e Astrova (1965), citados por Ribeiro

(1985), verificaram que o melhor comportamento na aderência acontece quando se

diminui a relação água/cimento e a quantidade de agregado miúdo. Portanto,

quando se aumenta a quantidade de agregado graúdo.

Esse fato foi verificado, também, por Martin e Noakowski (1981). Os autores

notaram que com a utilização de agregados de diâmetro maior e pequena

quantidade de água observa-se um definido acréscimo no comportamento de

aderência. Uma explicação para estas observações seria que em misturas com

agregados muito finos, as partículas finas e também a água acumulam-se nas

circunvizinhanças da barra.

87

2.3.4.2 – Idade de Carga

Ribeiro (1985) afirma que a influência da idade de carga sobre a aderência é

a mesma que sobre a resistência à compressão ou à tração do concreto. Esta

afirmativa é sustentada pelo CEB (1979), Martin e Noakowski (1981).

Chapman e Shah (1987) citados por Vieira (1994), concluíram que nas

barras nervuradas, a idade de carga influencia de forma significativa as

características de aderência. No entanto, o mesmo não ocorreu para as barras lisas,

pois com o aumento da resistência à compressão, a resistência de aderência

permaneceu a mesma.

2.3.4.3 – Resistência Mecânica do Concreto

A resistência mecânica do concreto é um dos fatores que tem influência

mais significativa à resistência de aderência. De modo geral, quanto maior a

resistência mecânica do concreto, maiores serão os esforços de aderência que o

concreto poderá suportar na interface aço-concreto.

De acordo com Monteiro (1985), que realizou ensaios de aderência do tipo

“Pull-Out-Test”, em corpos de prova com diferentes níveis de resistência, a

resistência à compressão do concreto exerce um “papel principal” na resistência de

aderência.

Os resultados de Soroushian et al. (1991), indicam que a resistência de

aderência é proporcional à raiz quadrada da resistência à compressão. Outros

autores, Ducatti e Agoyan (1993), observaram comportamento similar e isso se deve

ao fato de que a resistência de aderência, em muitos casos, é comandada pela

resistência à tração, a qual é proporcional à raiz quadrada da resistência à

compressão, Figura 2.14.

88

Figura 2.14 - Efeito da resistência à compressão do concreto na resistência da aderência,

Ø=25mm. Fonte: Modificado Soroushian et al. (1991).

2.3.4.4 – Diâmetro da Barra

Diversas pesquisas experimentais foram realizadas para analisar a influência

do diâmetro da barra no comportamento da aderência. De acordo com Ribeiro

(1985) e Robison (1963), o diâmetro da barra não tem influência no comportamento

da aderência.

O código com o ACI committee 408 considera a tensão de aderência

independente do diâmetro da barra, sendo esta uma variável de menor importância,

desde que o recobrimento e o comprimento de ancoragem sejam proporcionais ao

diâmetro da barra.

Ribeiro (1985) realizou uma interpretação dos resultados dos testes tipo

“Pull-Out-Test” e “Beam Test”, realizados por Bony e Soretz (1973), z (1973), e

observou que não existem diferenças significativas entre os valores de tensão de

aderência desenvolvidas por diferentes diâmetros de barra.

No entanto, Ducatti (1993), ao estudar o efeito da aderência de barras

nervuradas de diferentes diâmetros, constatou que a resistência de aderência

diminui quando o diâmetro de barra aumenta. Segundo o autor, a justificativa para

tal fato possivelmente está ligada à espessura da zona de transição, que é mais

grossa nas barras de maior diâmetro. O aumento do diâmetro da seção transversal

5

10

15

20

20 30 40 50 60

Resistência à compressão (MPa)

Ten

são

de

ad

erê

ncia

(MP

a)

89

da barra de aço implica maiores alturas das nervuras. Com isso tem-se um maior

acúmulo de água na região das nervuras, proporcionando uma zona de transição

com espessura e relação água/cimento maiores. Esse aumento enfraquece a ligação

entre a pasta de cimento e a barra, tornando-a mais porosa, facilitando assim o

esmagamento por compressão pelas nervuras.

Barbosa (2002), a partir do estudo de outros autores sobre a aderência aço-

concreto, segundo os quais há uma redução na tensão máxima de aderência com o

incremento do diâmetro das barras, pesquisou sobre a influencia deste diâmetro no

processo. Os ensaios realizados seguiram a CEB RC6 (1983), ensaio “pull-out-test”.

Com os resultados obtidos a autora verificou que à medida que aumenta o diâmetro

da barra, a tensão de aderência aumenta. A afirmação contrária desse fato,

constatada por diversos autores (DUCATTI, 1993; SOROUSHIAN e CHOI, 1989;

REYNOLDS e BEDDY. 1982) se basearam na espessura da zona de transição, mais

grossa nas barras de maior diâmetro, que aliada às maiores dimensões das

nervuras (transversais e longitudinais) “seguram” mais água de amassamento na

face inferior da barra, provocando uma exsudação interna e enfraquecendo a ligação

argamassa-armadura. Salienta-se que esse comportamento, de acordo com a

autora, parece estar diretamente relacionado ao adensamento do concreto e não à

espessura da zona de transição.

2.3.4.5 – Posição das Barras na Concretagem

Ribeiro (1985), em suas pesquisas, observou que a posição da barra influi

na resistência ao arrancamento. As barras concretadas na posição horizontal no

topo da forma apresentam pior comportamento do que aquelas concretadas no

fundo da forma. Isto se deve ao fato de que as barras inferiores situam-se numa

zona em que o adensamento é mais acentuado e, portanto, a existência de

argamassa porosa na metade inferior das barras é menor.

Na Figura 2.15, que segue, pode-se verificar que a segregação do concreto

fresco faz com que haja um acúmulo de água sob as barras; posteriormente, ao ser,

a água, absorvida pelo concreto endurecido, deixa vazios ou inúmeros poros na sua

90

face inferior, prejudicando sensivelmente a aderência, pois compromete a zona de

transição existente entre o aço e o concreto.

Figura 2.15 - Formação de espaços vazios ou poros sob as barras concretadas em posição

horizontal devida à segregação e ao acúmulo de água.Fonte: Ribeiro (1985).

Ducatti (1993) realizou ensaios de arrancamento com concreto de alto

desempenho que mostraram uma maior aderência das barras horizontais inferiores,

comparados às barras horizontais superiores e às verticais. Segundo o autor, para

as barras verticais, o desempenho da aderência é muito melhor quando a carga é

aplicada em direção contrária àquela da sedimentação do concreto. Na situação

inversa, isto é, carga aplicada na mesma direção do lançamento do concreto, a

aderência pode registrar valores mais pobres, mesmo que em caso das barras

horizontais no topo da forma. A explicação para a queda de aderência nas barras

horizontais, bem como nas verticais, segundo o autor, está no acúmulo de

argamassa porosa na metade inferior das primeiras e em baixo das nervuras das

outras.

2.3.4.6 – Adensamento

O adensamento pode ser crítico para a aderência, uma vez que as zonas de

ancoragem são pontos onde normalmente se tem uma elevada percentagem de

armadura, ocasionando maiores dificuldades de concretagem e, como

consequência, maior é a possibilidade de surgimento de vazios, tornando esta

região mais fraca quando solicitada.

91

O CEB 151 (1982), diz que o adensamento influência na aderência da

mesma forma com que influência a resistência à compressão.

2.3.4.7 – Estado Superficial das Barras

Segundo Vieira (1994), o estado superficial das barras lisas, onde a

resistência de aderência está ligada à adesão, tem influência significativa sobre a

aderência que elas possam desenvolver. De acordo com o CEB 151 (1982), as

barras lisas contaminadas com o fluido desmoldante praticamente não apresentam

aderência. No entanto, conforme CEB 118 (1979) a oxidação na barra proporciona

um aumento na resistência de aderência.

Para barras nervuradas, onde a adesão representa uma pequena parcela da

resistência da aderência, o estado superficial da barra não influencia nessa

resistência.

Kemp, Bresny e Unterspan (1968) citados por Ribeiro (1985), realizaram

ensaios com barras nervuradas com diferentes condições de superfície tais como:

oxidadas ao ar, lubrificadas, com rugosidade obtida artificialmente, oxidadas na água

salgada e compararam aos resultados obtidos com os das barras normais. Os

autores chegaram à conclusão de que o comportamento da aderência foi

basicamente o mesmo, com exceção para as barras com rugosidade obtida

artificialmente, as quais obtiveram uma melhor aderência.

2.3.5 – Ensaios de Aderência

A normalização brasileira avalia a tensão de aderência através da

determinação do coeficiente de conformação superficial, que é obtido através do

ensaio de tirantes de concreto de forma prismática onde se aplica um esforço de

tração nos dois extremos da barra.

Existem vários ensaios que determinam os valores da tensão de aderência

entre a armadura de aço e o concreto, alguns citados a seguir.

92

2.3.5.1 – Ensaio de Arrancamento Direto: PULL-OUT-TEST (POT)

É o mais tradicional dos ensaios de aderência e consiste em extrair uma

barra de aço posicionada no centro de um corpo de prova de concreto, colocado

sobre placas de apoio de uma máquina de ensaio. As duas extremidades da barra

são projetadas para fora do corpo de prova, medindo-se a força de tração aplicada a

um dos extremos e os escorregamentos no outro extremo.

As vantagens deste ensaio são que, além do baixo custo e simplicidade, ele

dá uma ideia clara do conceito de ancoragem, isto é, o comprimento que está

embebido no concreto é o que define o próprio comprimento de ancoragem.

Tem como desvantagem os resultados obtidos servirem apenas para

pesquisas comparativas ou estudos qualitativos, pois a forma de solicitar o corpo de

prova não reproduz as condições reais de solicitação das barras de aço quando

projetadas as finalidades de uso.

Este ensaio de arrancamento direto é normalizado pela RILEM, doc 7.II.128

(1973) e também está referido na ASTM C234 (1991), com todo detalhamento

necessário a sua execução como ensaios de laboratório. Segue abaixo a Figura

2.16 que mostra a disposição geral deste ensaio de arrancamento.

93

Figura 2.16 - Disposição geral do ensaio de arrancamento.

Fonte: RILEM (1973).

2.3.5.2 – Ensaio de Arrancamento com Anél Circunferencial – Ring Pull-Out

Test

Como no caso do Pull-Out Test, esse ensaio consiste na extração de uma

barra de aço concretada no interior de um corpo de prova que se apóia contra

placas de uma máquina de ensaio, ilustrada na Figura 2.17. O que difere ambos é

que no Ring Pull-Out Test o corpo de prova é sempre cilíndrico e fica envolvido por

anel metálico que abraça o comprimento mergulhado; este anel é instrumentado

com strain-gages que possibilitam medir, além das deformações ocorridas no anel, a

tração exercida em um dos extremos da barra e os escorregamentos.

94

Figura 2.17 - Ensaio de arrancamento com anel circunferencial.

Fonte: adaptado de Ducatti (1993).

Esse ensaio permite a medição direta da componente de fendilhamento e

das forças de aderência, sendo que as informações obtidas são mais completas do

que no ensaio convencional.

2.3.5.3 – Ensaios de Flexão – Beam Test (Bt)

O Beam Test consiste em um corpo de prova constituído de dois blocos

paralelepipédicos, ligados em sua parte inferior pela barra de aço destinada ao

estudo de aderência e em sua parte superior por uma rótula metálica, conforme

ilustrado na Figura 2.18. A viga assim constituída é solicitada a flexão simples, sobre

dois apoios, por duas forças concentradas de mesma magnitude que agem a

distâncias iguais dos extremos. Nos extremos das barras colocam-se

deflectômetros, a fim de que possam ser medidos os deslocamentos relativos da

barra em relação ao concreto. A ancoragem é limitada ao comprimento especificado,

com a ajuda de tubos plásticos que eliminam a aderência nos trechos desejados.

95

Figura 2.18 - Ensaio de flexão em vigas.

Fonte: CEB RC5 (1983).

2.3.5.4 – Ensaios de Aderência do Tipo Push-Out-Test

A principal característica deste ensaio é que a barra contida no corpo de

prova de concreto sofre deslizamento por uma força de compressão e não de tração,

como utilizada no ensaio P.O.T. convencional. Os resultados deste ensaio são

superiores ao tradicional, em virtude da dilatação lateral da barra no interior do

concreto.

2.3.5.5 – Ensaios de Extremo de Viga – Beam End Test

Esse ensaio representa a situação de aderência que existe entre uma fissura

de flexão-cisalhamento e o extremo de uma viga simplesmente apoiada. Representa

um progresso sobre o tradicional Pull-Out Test, visto que estabelece um gradiente

de deformações ao longo da altura do corpo de prova mais realista.

O ensaio consiste em uma barra situada na parte inferior do corpo de prova,

que é tracionada e a reação, que simula a zona de compressão da viga, é aplicada

na parte superior do corpo de prova (Figura 2.19). O momento criado é equilibrado

por outro par de forças que atuam perpendicularmente à barra e simulam a reação

de apoio e o esforço de corte que seria transmitido através do concreto.

96

Figura 2.19 - Corpo-de-prova para o ensaio de extremo de viga.

Fonte: Adaptado de Barbosa (2002).

2.3.5.6 – Ensaios das Quatro Barras

O ensaio de quatro barras, testado por Ducatti (1993), consiste de uma

emenda por transpasse, ligando três barras a uma central e envolvidas por um

cilindro de concreto. O objetivo principal deste método é eliminar as interferências

das tensões de compressão, impostas ao concreto no ensaio de arrancamento

tradicional.

O ensaio das quatro barras é um ensaio de arranchamento, no qual a barra

central é tracionada e o cilindro de concreto é mantido imóvel pela força de reação

exercida pelas outras três barras dispostas nos vértices de um triângulo, como

mostra Figura 2.20.

97

Figura 2.20 - Desenho esquemático do corpo de prova.

Fonte: Ducatti (1993).

A medida dos deslocamentos da barra central em relação ao concreto é feita

por meio de transdutores indutivos de deslocamentos (ou por meio de

extensômetros) fixados ao concreto por um adesivo. As deformações da barra

central são medidas por extensômetros elétricos colocados ao longo do

comprimento da barra central.

2.3.5.7 – Ensaio de Comformação Superficial ou Ensaio de Tirantes de

Concreto

Esse ensaio, especificado pela NBR 7477 (ABNT, 1982), consiste em

exercer um esforço de tração aos dois extremos de uma barra mergulhada no centro

de um corpo de prova de concreto prismático, com o objetivo de avaliar a aderência

entre o concreto e o aço. Em geral, esses ensaios se destinam ao estudo da

fissuração e reproduzem com precisão as condições reais de solicitação das barras

na região tracionada de vigas fletidas.

Através da avaliação do afastamento e abertura das fissuras verificadas,

esse ensaio permite a determinação do chamado coeficiente de conformação

superficial da barras e dos fios de aço destinados à armadura de concreto armado,

de acordo com a NBR 7477 (ABNT, 1982). Enquanto barras lisas apresentam

fissuras de maior abertura e mais afastadas entre si, barras nervuradas apresentam

fissuras mais próximas e com menor abertura. A Figura 2.21 ilustra o ensaio

específico.

98

Figura 2.21 - Ensaio de Tirantes de Concreto.

Fonte: NBR 7477 (ABNT, 1982)

Segundo Castro (2000), a partir do cálculo do espaçamento médio entre as

fissuras, determina-se a tensão média de aderência das barras de aço em concretos

de diferentes classes de resistência, aplicando-se a equação (2.7):

.X

.f.375,0

m

ctm Equação (2.7)

onde:

m: tensão média de aderência;

fct: resistência à tração simples do concreto;

Xm: distância média entre fissuras;

:- diâmetro da barra, e

= As/Ac

Alguns dos vários ensaios de aderência foram descritos no item 4.5,

seguindo a disponibilidade existente junto ao Laboratório CESP de Engenharia Civil

e a veracidade apresentada na determinação do coeficiente de aderência, optou-se,

nesta pesquisa por utilizar o ensaio de determinação do coeficiente de conformação

df: distância entre as fissuras (cm);

d: largura do tirante, e

Ø: diâmetro do aço.

99

superficial de barras e fios de aço destinados a armaduras de concreto armado,

normalizado pela NBR 7477 (ABNT, 1982).

Esse ensaio foi adotado pela sua simplicidade e pelo seu baixo custo, além

de reduzir a mão de obra na confecção dos moldes, para a realização dos mesmos.

Além disso, o ensaio de tirantes reproduz muito bem as condições reais de

solicitação das barras na região tracionada de vigas fletidas, como esses ensaios já

foram realizados no mestrado, assim obtêm-se parâmetros para comparação dos

resultados.

No próximo capítulo será apresentado os procedimentos experimentais para

desenvolvimento do traço, os ensaios referentes à aderência e a prova de carga nas

estacas executadas.

100

CAPÍTULO 3 – MATERIAIS E MÉTODOS

Neste capítulo são descritos os materiais utilizados para o desenvolvimento

da pesquisa e os métodos que foram empregados, normalizados e não

normalizados, para a realização tanto dos ensaios de laboratório e de campo,

quanto à tabulação dos dados (resultados obtidos), análises e discussões.

Inicialmente, com o objetivo de caracterizar os componentes do concreto

utilizado nesta pesquisa, foram determinadas suas propriedades físicas e

mecânicas. Realizaram-se ensaios de caracterização dos materiais que compõem

os concretos e, também, as barras de aço utilizadas, bem como o processo de

execução das estacas e das provas de carga. Os ensaios de caracterização dos

materiais, das propriedades mecânicas do concreto e de aderência foram realizados

no Laboratório CESP de Engenharia Civil, em Ilha Solteira (SP). As estacas

escavadas foram executadas no campo experimental da UNESP Universidade

Estadual Paulista, na mesma cidade.

3.1 MATERIAIS

3.1.1 – Agregado Miúdo

Na fabricação dos dois concretos utilizados, concreto convencional e

concreto com resíduo de borracha, utilizou-se areia natural extraída do rio Paraná,

proveniente do Porto de Areia Nossa Senhora Aparecida da cidade de Castilho-SP.

Para caracterização deste material foram seguidas as normas NM 248 (ABNT,

2001); NM 52 (ABNT, 2009); NM 45 (ABNT, 2006); NBR 7218 (ABNT, 2010); NM 49

(ABNT, 2001), e foram obtidos os resultados mostrados na Figura 3.1.

3.1.2 – Agregado Graúdo

Como agregado graúdo foi empregada a brita tipo 1, disponível na região

Noroeste do Estado de São Paulo, proveniente da cidade de Monções - Mineradora

Grandes Lagos. A caracterização do agregado graúdo, atendendo as normas NM

101

248 (ABNT, 200); NM 53 (ABNT, 2003); NBR 7218 (ABNT, 2010) e NM 49 (ABNT,

2001), está apresentada na Figura 3.2.

A escolha do agregado foi realizada de acordo com a norma NBR 6122

(ABNT, 2010), que recomenda a utilização de brita 1 com diâmetro até 19 mm para a

confecção de concreto a ser empregado em estacas do tipo escavada.

3.1.3 Cimento

O cimento utilizado foi o Portland com adição de escória granulada de alto-

forno (CP II32-E – fabricante: Cauê), comercialmente disponível em toda a região

noroeste do Estado de São Paulo, onde se realizou esta pesquisa. Suas

características são especificadas pela NBR 11578 (ABNT, 1997). Esse cimento tem

uma composição intermediária entre o cimento portland comum e o cimento portland

com adições (alto-forno e pozolânico). Ele combina com bons resultados o baixo

calor de hidratação com o aumento de resistência do cimento Portland comum. É

recomendado para estruturas que exijam um desprendimento de calor

moderadamente lento ou que possam ser atacadas por sulfatos.

As propriedades físicas e químicas do cimento foram ensaiadas de acordo

com as normas brasileiras NM 11579 (2012); NM 76 (199); NM 23 (2001) e NBR

7215 (1996), as quais permitiram caracterizar física e quimicamente, bem como

qualificar o cimento como indicado na Tabela 3.1.

102

Peneiras

(mm) 0,150 0,300 0,600 1,18 2,36 4,75 6,3 9,5 12,5 19 25

Areia 98,6 90,7 56,7 26,4 9,0 1,8 1,1 0,0 0,0 0,0 0,0

absor- pulve- matériamáx. s.s.s. seca ção rulento orgânica(mm) (g/cm³) (g/cm³) (%) (%)

4,46 2,580 2,577 0,28 0,25 abaixo

-3"

2"

2 1/2"

1,18 mm

63 mm

-

1 1/4"

massa específica massa unitáriamódulo

98,6

% RetidaPeso Retido (g)AberturaAuxiliar

PENEIRASNormal

Total

-

-

-

600 mm

4,75 mm

2,36 mm

-

-

12,5 mm

0,0

0,0

0,0

31,5 mm

50 mm

0,0

0,7

7,1

26,417,4

1,8

9,0

1,1

0,0

0,0

1,1

0,0

0,0

0,0

90,7

-

3/4"

-

0,0

56,7

1/4"

-

N.º 30

1"

-

3/8"

-

-

N.º 4

1 1/2"

1/2"

-

-

-

0,0

37,5 mm

25 mm

0,0

% Retida Acumulada

0,0

0,0

0,0

0,0

178,6

100,0

0,0

0,0

30,3

150 mm

6,3 mm

19 mm

11,7

73,3

7,0

300 mm

definura

0,075

100,0

311,1

348,9

81,7

14,2

-

% Retida Acumulada

N.º 50

N.º 100

fundo

100,0

34,0

8,0

1,4

2,25

283,1

N.º 8

N.º 16

75 mm

1026,5

75 mm

9,5 mm

1,533 1,160

aparente(g/cm³)

4% de umidade(g/cm³) (g/cm³)

2,485

solta

% q

ue

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100

abertura (mm)

% r

eti

da a

cu

mu

lad

aEspecificação Zona Utilizável

Especificação Zona Ótima

Areia

Figura 3.1 – Resultados da caracterização da areia

103

Peneiras

(mm) 0,300 0,600 1,180 2,36 4,75 6,30 9,50 12,50 19,0 25,0 31,5

Brita 100,0 100,0 100,0 100,0 99,5 98,7 92,9 80,0 1,8 0,0 0,0

absor- pulve-

ção rulento(%) (%)

1,23 0,19

75 m

4,75 mm

2,36 mm

1,18 mm

75 mm

63 mm

N.º 50

N.º 100

fundo

% Retida Acumulada

-

-

- 300 m

694,17

150 m

3/8"

-

19,0

módulode

finura

6,94

máximo

(mm)

0,0

12,9

6,3 mm

13420

2210

980

600 m

N.º 4

N.º 8

N.º 16

N.º 30

0,0

9,5 mm

0,0

1,8300

0,0

% Retida Acumulada

0,0

0,0

0,0

0,0

unitária

0,0

100,0

100,0

100,0

0,0

17140 100,00

0,150

100,0

massa específica

Total

massa

100,0

1,4192,9032,845 2,750

-

3/4"

-

-

3"

-

-

1 1/2"

-

19 mm

12,5 mm

(g/cm³)aparentes.s.s. seca

(g/cm³) (g/cm³) (g/cm³)

-

2"

0,0

2 1/2"

-

0,0

0,050 mm

37,5 mm

5,7

0,8

0,0

99,5

0,5

92,9

80,0

0,0

98,7

0,0

100,0

1,8

1 1/4" 31,5 mm

100,0

90

140

78,3

0,0

25 mm

-

-

-

1"

1/2"

-

1/4"

-

% RetidaPeso Retido (g)Abertura (mm)Auxil.

PENEIRASNormal

% q

ue

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100

abertura (mm)

% r

eti

da a

cu

mu

lad

a

Especificação 9,5/25

Brita

Figura 3.2 – Resultados da caracterização da brita 1.

104

Tabela 3.1 - Resultados da Caracterização do Cimento

Referência 23164 Especificações

Amostra ---

Carta ---

Data da coleta 08.09.2008 min. máx.

Finura Peneira 200 (% retida) 2,23 - 12,0

Finura Peneira 325 (% retida) 11,05 - -

Superf. espec. Blaine (cm²/g) 4035 2600 -

Densidade aparente (g/cm³) 1,19 - -

Densidade absoluta (g/cm³) 3,06 - -

Água de consistência gramas 131 - -

da pasta (%) 26,20 - -

Início de pega (h:min) 03:53 01:00 -

Fim de pega (h:min) 05:28 - 12:00

Expansão em auto-clave (%) 0,020 - 0,8 *

Consistência gramas 150 - -

argamassa a / c 0,48 - -

Data de moldagem 13.10.2008 - -

03 dias 18,8 10,0 -

07 dias 23,6 20,0 -

28 dias 29,6 32,0 -

Perda ao fogo 5,18 - 6,5

Insolúveis 0,28 - 2,5

SiO2 18,44 - -

Fe2O3 3,11 - -

Al2O3 6,84 - -

CaO 61,20 - -

MgO 1,92 - 6,5

SO3 2,22 - 4,0

Na2O 0,42 - -

K2O 0,86 - -

Equiv alcalino Na2O 0,98 - -

Cal livre em CaO 1,90 - -

Análise físico-química de cimento Cauê CP II-E-32

Análise

Química (%)

Resistência à

Compressão

Axial

NBR 11578

Tensão (MPa)

105

3.1.4 – Água

A água utilizada para amassamento da mistura foi água potável da rede de

abastecimento público da cidade de Ilha Solteira (SP).

3.1.5 – Resíduos de Borracha

Os resíduos de borracha de pneus, provenientes do processo de

recauchutagem, foram fornecidos pela empresa “Araçá Renovadora de Pneus Ltda”,

localizada no município de Araçatuba (SP).

Sua obtenção advém de processo mecânico, por meio de raspagem das

bandas de rodagem dos pneus. A Figura 3.3 ilustra o resíduo em seu estado natural.

Baseando-se em pesquisas anteriores (FATTUHI et al.,1996; AKASAKI et

al., 2001; PANZERA et al., 2009; BRAVO, 2014 e PEREIRA, 2016), constatou-se

que o diâmetro do resíduo de borracha influi na resistência do concreto: “quanto

maior o diâmetro da resíduo, menor a resistência do concreto.” Os resíduos de

borracha utilizados nesta pesquisa foram peneirados, de maneira que só foram

Figura 3.3 – Resíduos de borracha no estado natural.

Fonte: Arquivo pessoal.

106

utilizados os que passaram pela peneira de número 16, abertura de malha de 1,19

mm (Figura 3.4), na fabricação do concreto com resíduo.

Figura 3.4 – Resíduos de borracha que passaram pela peneira número 16.


Para a caracterização dos resíduos de borracha foram realizados os ensaios

de massa específica aparente NM 52 (ABNT, 2009); massa específica absoluta e

análise granulométrica NM 248 (ABNT, 2001), estando a borracha em seu estado

natural e no estado de utilização (após passagem na peneira de número 16).

As Figuras 3.5 e 3.6 ilustram os resultados dessas caracterizações,

respectivamente.

107

Figura 3.5 - Resultados da caracterização do resíduo de borracha no estado natural.

108

Figura 3.6 - Resultados da caracterização do resíduo de borracha que será utilizada.

109

3.2 COMPOSIÇÃO EXPERIMENTAL DO CONCRETO

3.2.1 – Traços dos Concretos Convencional e com Resíduo de Borracha

Para a composição do concreto convencional utilizado foram seguidas as

orientações da NBR 6122 (ABNT, 2010), que são as seguintes:

1- O concreto tem que apresentar resistência à compressão aos 28 dias

maior ou igual a 20 MPa;

2- O consumo de cimento tem que ser superior a 300 kg/m3;

3- Em relação à consistência, devido ao fato da estaca ser armada

recomenda-se abatimento de cone (slump) entre 12 a 14 cm;

4- O agregado graúdo deverá ter diâmetro máximo de 19 mm (brita 1);

5- Deve ser aplicado na resistência característica do concreto (fck) um fator

redutor de 0,85 para considerar a diferença entre os resultados de

ensaios rápidos de laboratório e a resistência sob a ação de cargas de

longa duração.

A metodologia inicial para dosagem dos concretos sem adição de resíduos

(Mistura Controle) foi elaborada pelo método proposto de Helene e Terzian (1993),

nacionalmente conhecido e que contou com a colaboração de vários pesquisadores

ao longo dos anos de seu aprimoramento. Foi denominado, mais recentemente,

como Método IBRACON – Instituto Brasileiro do Concreto (HELENE, 2005).

Esse método prevê um ajuste experimental das proporções entre os

materiais constituintes do concreto, com base na busca de um conteúdo ideal de

argamassa seca () (Equação 3.1), através de um traço intermediário (1:m) dos

demais previstos (1:m-1; 1:m+1, etc), que contenham ou estejam próximos ao traço

resposta pretendido.

Para produzir o primeiro traço em laboratório, variou-se o conteúdo de

argamassa seca, começando com um “” baixo, da ordem de 0,33% e aumentou

110

este de 0,02 em 0,02, aproximadamente, até encontrar o ponto ótimo por meio de

observações visuais da mistura, combinadas com manuseio do concreto com colher

de pedreiro, para verificar o aspecto de trabalhabilidade e acabamento, além da

realização do ensaio de abatimento de cone (sIump test) para visualização da

coesão do concreto fresco.

Definido o “” no traço médio, para um abatimento pré-determinado, os

demais traços são facilmente obtidos mantendo-se constante o conteúdo de

argamassa, o sIump e a relação água/materiais secos “H” (Equação 3.2) com

valores muito próximos (HELENE, 2005).

Teor de argamassa seca )m1(

)a1(

(3.1)

Grau de hidratação )m1(

1.

ag

aH

(3.2)

onde:

m = a + b, relação em massa de agregado seco/cimento, em kg/kg;

a = relação agregado miúdo seco/cimento em massa, em kg/kg, e

ag = relação agregado graúdo seco/cimento em massa, em kg/kg.

São, normalmente, realizados no mínimo três traços de modo a possibilitar

um ajuste das equações de correlação de dosagem (Equações 3.3, 3.4 e 3.5), que

permitem a construção do diagrama que correlaciona às funções: fcj (MPa) a/ag

(kg/kg) m (kg/kg) Ccim (kg/m3); a partir das quais, por regressão linear, obtém-

se qualquer resistência que se queira dentro do intervalo estudado, para traços de

uma mesma família.

Abrams (1918) c/a

2

1

k

kfc (3.3)

Lyse (1932) )c/a.(kkm 43 (3.4)

111

Priszkulnik e Kirilos (1974) )m.kk(

1000C

65

cim

(3.5)

onde:

fc = resistência a compressão axial, em MPa;

a/ag = relação em massa de água/aglomerante, em kg/kg;

Ccim = consumo de cimento por m3 de concreto, em kg/m3, e

k1, k2, k3, k4, k, e k6, = constantes particulares de cada conjunto de materiais.

O diagrama de dosagem proposto por este método facilita, sobremaneira, o

entendimento do comportamento de uma determinada família de concreto de mesmo

abatimento de cone, mas de propriedades muito diferentes após o endurecimento,

conforme se apresenta o exemplo na Figura 3.7.

Figura 3.7 – Diagrama de dosagem – Modelo de comportamento

Fonte: Helene e Terzian (1993).

Com o exposto acima e para atender as especificações da NBR 6122 (ABNT,

2010), foi eleito o slump 13, brita com diâmetro de 19 mm. Para a determinação do

fck do concreto convencional, as seguintes considerações foram elencadas:

112

1- O concreto convencional deve apresentar resistência característica média

maior que 30% da resistência do concreto com resíduos, pois se sabe que

ao substituir a areia por borracha a resistência sofre um decréscimo desta

ordem (FRANÇA, 2004);

2- Também deve ser acrescido o fator redutor estabelecido pela norma de

0,85.

Portanto, o valor do fck para o concreto convencional deverá ser no mínimo

igual a 33,8 MPa. Considerando-se a Equação 3.6:

ckcj f)Sd.65,1(f (3.6)

onde:

Sd = desvio padrão da dosagem, em MPa.

O valor de Sd deve ser adotado em função da condição de controle de

preparo do concreto, conforme especifica a NBR 12655 (2006). Nesta pesquisa

adotou-se controle B, portanto, o valor de Sd foi de 5,5 MPa.

Desta forma assumiu-se o valor de fcj = 45 MPa. Com estes dados e

utilizando o ábaco construído no laboratório e mostrado na Figura 3.8, foi possível

compor o concreto convencional.

113

Figura 3.8 - Diagrama de Dosagem

Fonte: Helene e Terzian (1993).

Com os resultados obtidos no diagrama da Figura 3.8 obteve-se a

composição do concreto convencional, apresentada na Tabela 3.2.

Tabela 3.2 – Composição Final do Concreto Convencional.

Materiais Consumo kg/m3

Cimento 420,17

Água 203,33

Areia 837,81

Brita 1 919,43

Para a composição do concreto com resíduo de borracha utilizou-se a

composição do concreto convencional, substituindo 10% da areia pelo resíduo, em

volume. Os demais materiais mantiveram-se as mesmas quantidades. A Tabela 3.3

ilustra a composição.

114

Tabela 3.3 – Composição do Concreto 10% de resíduo de borracha.

Materiais Consumo kg/m3

Cimento 420,17

Água 203,33

Areia 754,03

Brita 01 919,43

Borracha 35,40

3.2.2 – Fabricação e Conservação dos Corpos-de-Prova

Os materiais utilizados para a confecção do concreto de controle

(convencional) foram introduzidos na betoneira na seguinte ordem: com a betoneira

desligada foram adicionados o agregado graúdo (brita 1), o agregado miúdo (areia)

e metade da água; misturando-se mecanicamente os componentes durante o tempo

de 1 minuto; em seguida, adicionaram-se o cimento e o restante da água,

misturando tudo por mais 3 minutos; após descanso de 3 minutos, fez-se a mistura

por mais 2 minutos.

Essa ordem foi alterada para a fabricação do concreto com resíduos de

borracha. A fim de se obter uma melhor mistura dos materiais foram adicionados à

betoneira o agregado graúdo (brita1), o agregado miúdo (areia) e o resíduo de

borracha, e misturados mecanicamente por um minuto; em seguida foi adicionada a

outra metade da água de amassamento e os materiais foram misturados por mais 1

minuto. Mantiveram-se os demais procedimentos idênticos aos do concreto de

controle. A Figura 3.9 apresenta os materiais no interior da betoneira já adicionado o

resíduo de borracha.

115

Após a fabricação dos concretos (convencional e com resíduo de borracha),

foram realizados os testes de abatimento de cone (slump test). Para tal foram

moldados 3 corpos-de-prova com as dimensões de 10x20 cm para cada idade de

cada ensaio realizado, sendo o adensamento realizado com a mesa vibratória,

seguindo as recomendações da NBR 5738 (ABNT, 2003). A Figura 3.10 ilustra o

acabamento nos corpos de prova após vibração.

Figura 3.10 – Acabamento nos corpos de prova. Fonte: Arquivo pessoal.

Figura 3.9 – Matérias dispostos no interior da betoneira.


116

Após a moldagem, os corpos-de-prova foram cobertos com uma película

plástica, Figura 3.11, para evitar a evaporação da água de amassamento e perda de

umidade durante um período de 24 horas, sendo posteriormente desformados e

colocados em câmara úmida até as datas dos ensaios de ruptura, de acordo com as

idades.

Figura 3.11 - Película plástica nos corpos-de-prova.


No dia de cada ensaio (idades de 7, 28 e 56 dias) os corpos de provas foram

retirados da câmera úmida e preparados na retífica. O equipamento utilizado foi a

retificadora automática para corpos de prova de concreto do fabricante SecMix,

disponibilizada pelo laboratório da CESP, que é ilustrada na Figura 3.12. Esse

procedimento faz-se necessário a fim de corrigir as imperfeições do acabamento das

peças e nivelar o topo e fundo dos corpos-de-prova, para melhor distribuição de

tensão.

117

Figura 3.12 – Corpo de prova na retificadora.


Após a retificação os corpos de provas foram levados para a ruptura na

prensa. O equipamento utilizado foi a Prensa hidráulica modelo PCE100 do

fabricante EMIC com capacidade de 100 toneladas, ilustrada na Figura 3.13. O valor

da resistência à compressão axial foi obtido de acordo com a NBR 5739 (ABNT,

2007), utilizando-se o valor médio da tensão de ruptura obtido de três corpos de

prova.

Figura 3.13 – Prensa hidráulica.


118

O valor da resistência à tração foi obtido com o ensaio de resistência à

tração por compressão diametral, também conhecido como “ensaio de Lobo

Carneiro” ou ainda “Brazilian test” conforme a NBR 7222 (ABNT, 2010). Para isso,

utilizaram-se os corpos de prova cilíndricos, de altura equivalente a 20 cm e

diâmetro das faces igual a 10 cm. Duas chapas de aço foram colocadas

diametralmente, no contato superior e inferior do corpo de prova da lateral do corpo

de prova com o molde de aço, sendo aplicada uma força até a sua ruptura por

tração indireta (ruptura por fendilhamento). O ensaio de compressão diametral é

simples de ser executado e fornece resultados mais uniformes do que os de tração

direta (MEHTA, 2008). A Figura 3.14a ilustra o detalhe do conjunto (corpo de prova e

molde de aço) para o ensaio. A Figura 3.14b, por sua vez, ilustra o corpo de prova

submetido ao ensaio.

Figura 3.14 – Ensaio de tração diametral.


O módulo de elasticidade estático é a relação entre a tensão aplicada e a

deformação elástica ocorrida, a qual deixa de existir se a tensão no concreto for

eliminada. O seu valor é utilizado para caracterizar a deformabilidade do concreto no

cálculo de pavimentos e estruturas, na determinação da idade de retirada de

escoramentos e pode até ser indicador na especificação do material (MEHTA, 2008).

O valor do módulo foi obtido conforme ensaio da BR 8522 (ABNT, 2008). Em sua

determinação nesta pesquisa foram utilizados corpos de prova cilíndricos (Figura

3.15).

119

Figura 3.15 – Prensa hidráulica e medidor de deformação.


Os mesmos foram determinados para as idades de 7, 28 e 56 dias, a

resistência à tração, resistência média à compressão e módulo de deformabilidade

ou módulo de elasticidade, seguindo os procedimentos estabelecidos pelas normas

NBR 5739 (ABNT, 2007); NBR 7222 (ABNT, 2010); NBR 6118 (ABNT, 2007) e NBR

8522 (ABNT, 2008), respectivamente. Nas Tabelas de 3.4 a 3.6 podem-se avaliar os

resultados obtidos nos ensaios realizados nas idades de 7, 28 e 56 dias.

Tabela 3.4 – Valores obtidos nos ensaios de resistência à compressão axial dos concretos.

Corpos de prova cilíndricos

10 cm x 20 cm

Resistência à Compressão fck (MPa)

7 dias 28 dias 56 dias

Concreto Convencional 27,82 44,32 44,32

25,83 39,84 48,30

25,61 37,76 38,45

Média ± Desvio 26,4 1,22

1,22

40,6 3,35

±

3,35

43,7 4,,96

±

4,96

Coeficiente de Variação 4,61% 8,25% 11,34%

Concreto com Resíduos 19,84 33,26 33,80

22,45 31,37 34,21

20,45 25,67 28,70


±

1,37

30,1 3,95

±

3,95

32,2 3,07

±

3,07


120

Tabela 3.5 – Valores obtidos nos ensaios de resistência à tração por compressão diametral dos

corpos de prova.


10 cm x 20 cm

Resistência à Tração (MPa)



2,22 2,94 3,80

2,75 3,26 3,85


1,22

3,5 0,71

±

3,35

3,6 0,39

±

4,96



2,32 2,75 2,95

1,82 2,41 2,81


±

1,37

2,8 0,42

±

3,95

3,0 0,22

±

3,07


Tabela 3.6 – Valores obtidos nos ensaios de módulo de deformação.


10 cm x 20 cm

Módulo de Deformação (GPa)



28,67 37,27 40,26

25,68 31,55 33,71


1,22

35,1 3,10

±

3,35

38,4 4,09

±

4,96



24,36 30,54 34,59

23,17 26,17 26,06


±

1,37

31,2 5,39

±

3,95

32,7 5,93

3,07 Coeficiente de Variação 13,86% 17,28% 18,12%

As Figuras 3.16 a 3.18 ilustram a evolução da resistência à compressão

média, resistência à tração e módulo de deformação, respectivamente para as

idades de 7, 28 e 56 dias.

121

Figura 3.16 - Resistência à Compressão.

Figura 3.17 - Resistência à Tração.

122

Figura 3.18 - Módulo de Deformação.

3.3 ARMADURAS DAS ESTACAS

Nesta pesquisa foi utilizado o aço nervurado com seção circular, da classe

CA 50-A, com resistência característica de escoamento (fy) de 500 MPa, fabricado

pela Companhia Siderúrgica de Aços Belgo Mineira, na Usina de Piracicaba (SP) –

Comercial Gerdau.

Optou-se por barras de aço de diâmetros de 12,5 mm (1/2”), visto que na

pesquisa de FRANÇA (2004) foi definida uma melhor aderência entre o aço e o

concreto para barras deste diâmetro e, também, pela facilidade apresentada no

manuseio e fabricação dos moldes de tirante, uma vez que o tamanho do molde

varia de acordo com o diâmetro da barra, além do fato de ser a barra de aço mais

utilizada nas construções civis de pequeno a médio porte.

Os ensaios para a caracterização do aço obedeceram à norma NBR 7480

(ABNT, 2007), a qual fixa as condições exigíveis na encomenda, fabricação e

123

fornecimento de barras e fios de aço destinados a armaduras para concreto armado.

Os resultados obtidos são mostrados na Tabela 3.7.

Tabela 3.7 - Resultados mecânicos em barras de aço CA -50A Ø12,5 mm.

Peso por metro Escoamento Ruptura δr /δe

alongamento

(%) linear (Kg/m) kg kgf/mm² kg kgf/mm²

0,963 7917 64,7 9384 76,7 1,19 13,6

Para as barras de aço de diâmetro nominal igual ou superior a 10 mm, da

categoria CA-50, a norma brasileira estabelece que o coeficiente de conformação

superficial deva ser maior ou igual a 1,5.

A NBR 7480 (ABNT, 2007) estabelece, em relação à conformação

geométrica das barras, que:

O espaçamento médio das nervuras transversais ou oblíquas, medido

ao longo de uma mesma geratriz, deve estar entre 0,5 e 0,8 do

diâmetro nominal;

As nervuras devem abranger pelo menos 85% do perímetro nominal da

seção transversal da barra;

As barras devem ter pelo menos duas nervuras longitudinais contínuas

e diametralmente opostas, exceto no caso em que as nervuras

transversais estejam dispostas de forma a se oporem ao giro da barra

dentro do concreto;

Para diâmetros nominais maiores ou iguais a 10 mm, a altura média

das nervuras transversais ou oblíquas deve ser igual ou superior a 0,04

do diâmetro nominal e para diâmetros nominais inferiores a 10 mm,

igual ou superior a 0,02 do diâmetro nominal.

124

A distância entre as nervuras foi obtida pelo espaçamento entre pontos

equivalentes das mesmas, em 10 espaços afastados e dividida pelo número de

espaços. Utilizou-se para esse procedimento um paquímetro da marca Mitutoyo; a

Figura 3.19 ilustra a aferição.

Figura 3.19 – Distância entre as nervuras.


Para obtenção da altura média das nervuras foram realizadas três séries,

contendo, cada uma delas, dez leituras consecutivas para cada diâmetro de barra

utilizado, sendo o valor final a média entre os valores obtidos. A altura da nervura foi

aferida por meio de um relógio comparador digital modelo Digico 10, que fornece

uma precisão na leitura de milésimo de milímetro. O procedimento de leitura

consistiu em medir a distância máxima entre o ponto mais alto da nervura e o centro

da barra, no sentido perpendicular ao eixo da barra. Esse procedimento é mostrado

na Figura 3.20.

125

Figura 3.20 – Aferição da altura das nervuras.


A Tabela 3.8 ilustra a relação entre os valores obtidos e os exigidos pela

NBR 7480/2007. As barras de aço utilizadas nesta pesquisa enquadraram-se dentro

do requisito da norma brasileira.

Tabela 3.8 - Resultados conformação geométrica das barras de aço.

DIÂMETRO

(mm)

REQUISITO DA NORMA RESULTADOS OBTIDOS

h médio

(mm) Distância (mm) h médio

(mm) Distância (mm)

12.5 0.50 6.25 – 10.0 1.2 8.44

onde:

h médio = altura média das nervuras (mínima), em mm, e

Distância = espaçamento entre as nervuras, em mm.

126

Calculou-se, também, a área relativa da nervura, através da expressão

(Equação 5.7) definida segundo o CEB (1999).

fR = (. hs)/ Sn (5.7)

onde:

fR = área relativa da nervura;

= constante que depende da geometria da barra (casos usuais = 0,5);

hs = altura máxima da nervura transversal, e

Sn = espaçamento entre as nervuras transversais, ou seja, distância centro a

centro entre duas nervuras consecutivas.

A Tabela 3.9 apresenta os valores obtidos, bem como o mínimo requerido

pela norma.

Tabela 3.9 – Valores para área relativa da nervura (FR).

Ø da barra (mm) fR Obtido fR Norma

12,5 0,071 0,056

O aço utilizado nesta pesquisa apresentou área relativa da nervura superior

ao mínimo exigido pela norma e atendeu a todos os requisitos estipulados pela

mesma, viabilizando a sua utilização nesta pesquisa.

3.4 PRODUÇÃO DOS TIRANTES

Para analisar o comportamento da aderência aço-concreto, como relatado

anteriormente, optou-se pela execução dos ensaios de tirantes normalizados pela

NBR 7477 (ABNT, 1982), que consiste em determinar o coeficiente de conformação

127

superficial das barras e dos fios de aço, destinados às armaduras de concreto

armado.

3.4.1 – Confecção dos Moldes

A fabricação dos moldes obedeceu à norma que especifica uma dimensão

de lado do tirante (d) determinada pela Equação 3.9:

d = ( . ((/4) + 7))1/2 (3.8)

onde:

d = lado do tirante;

Ø = diâmetro nominal da barra ou fio;

ℓ = comprimento do tirante ≥ 15 x d, e

L = comprimento da barra = ℓ + 120.

A Figura 3.21 apresenta o detalhamento das formas utilizadas nos ensaios:

Figura 3.21 – Formas para confecção dos tirantes.


128

A equação 3.8 permitiu dimensionar o tamanho das formas que, por sua vez,

variam de acordo com o diâmetro da barra de aço. Para o aço utilizado na pesquisa

as dimensões do tirante estão descritas na Tabela 3.10.

Tabela 3.10 - Dimensão dos tirantes ensaiados.

Ø da barra (mm) Largura

(cm) Altura (cm) Comprimento (cm)

12,5 5,35 5,35 85

A norma NBR 7477 (ABNT, 1982) determina que a quantidade mínima de

tirantes a serem ensaiados seja em número de nove. Atendendo a esta orientação

foi executado um número de forma que permitissem a moldagem dos tirantes

suficientes para serem ensaiados aos 28 dias seguindo orientação da norma.

3.4.2 – Fabricação dos Tirantes

O procedimento adotado na confecção dos tirantes consiste inicialmente de

engraxar as formas, colocando em seguida as barras de aço, cuidadosamente, para

que não sofram contaminação do óleo lubrificante.

Após fixação das barras de aço, os orifícios externos foram tampados com

massa de calafetar, para não permitir que a barra se movimentasse durante o

processo de adensamento. A Figura 3.22 ilustra a forma sobre a mesa vibratória já

lubrificada.

129

Figura 3.22 – Formas untadas sobre mesa vibratória.


Com a forma preparada, lançou-se o concreto em duas camadas. Para

melhor adensamento do concreto, este foi espalhado manualmente e, em seguida,

utilizada a mesa vibratória. A Figura 3.23 ilustra o adensamento.

Figura 3.23 – Adensamento do tirantes utilizando mesa vibratória.


Após a concretagem, os tirantes passaram por um processo de nivelamento,

em que foram removidas as asperezas por meio de uma desempenadeira. As

fôrmas foram cobertas na face exposta com sacos de aniagem úmidos, por um

período de 3 dias; após esse período, efetuou-se a desmoldagem, tomando cuidado

130

para, além de não danificá-los, também não exercer nenhum esforço sobre as

barras. A Figura 3.24 ilustra as formas cobertas por sacos de aniagem úmidos.

Figura 3.24 – Formas cobertas com sacos de aniagem úmidos.


Os tirantes foram armazenados em câmara úmida, buscando com esse

procedimento evitar a fissuração prematura do concreto. Vale ressaltar que esse

procedimento foi realizado para todas as moldagens efetuadas, tanto para o

concreto convencional quanto para o concreto com resíduos.

Os tirantes foram retirados da câmara úmida, três dias antes da realização

do ensaio, ficando expostos para secagem até o dia do ensaio.

No segundo dia, estando os tirantes com aparência seca, foi realizada uma

inspeção visual minuciosa para detectar a presença de fissuras; após isso, o tirante

recebeu uma camada de tinta à base de cal, na cor branca, para melhor visualização

do surgimento das fissuras durante o ensaio.

3.4.3 – Sistema de Carregamento

Após secagem da pintura à base de cal, os tirantes foram fixados

cuidadosamente ao sistema de carregamento por meio de garras aplicadas às

extremidades livres da barra (Figura 3.25). O equipamento utilizado para realizar os

ensaios foi da marca Wolpert-Werke GMBH, com capacidade para 100 toneladas,

disponibilizado pelo Laboratório CESP de Engenharia Civil, em Ilha Solteira (SP).

131

Figura 3.25 – Sistema de Carregamento.


Conforme determinação da norma NBR 7477 (ABNT, 1982), o carregamento

processou-se até atingir 80% da carga correspondente à tensão de escoamento da

barra de aço. Para melhor observação do surgimento das fissuras, efetuaram-se

cinco intervalos de carga. À medida que estas foram surgindo, elas foram marcadas

para melhor identificação (Figura 3.26)

Figura 3.26 – Marcação das fissuras.


132

3.4.4 – Sistema de Leitura

Seguindo determinação da norma NBR 7477 (ABNT, 1982), ao término da

aplicação do carregamento máximo, as distâncias entre as fissuras foram medidas,

no eixo longitudinal, nas quatro faces do tirante e, em seguida, determinado o

coeficiente de conformação superficial. Ressalta-se que só foram consideradas as

fissuras que surgiram consecutivamente nas quatro faces do tirante, seguindo

orientação da referida norma.

3.5 MÉTODO EXPERIMENTAL – ESTACAS

3.5.1 – Campo Experimental

As estacas foram executadas no Campo Experimental de Fundações da

UNESP – Universidade Estadual Paulista, na cidade de Ilha Solteira (SP). A

implantação do campo experimental da FEIS (Faculdade de Engenharia de Ilha

Solteira) teve início em 1989, através da realização de dez estacas de reação do tipo

escavada de pequeno diâmetro, duas estacas instrumentadas de teste do tipo

escavada de pequeno diâmetro e três estacas piloto instrumentadas. Nessa época

dispunha-se de um ensaio CPT e uma sondagem SPT realizadas pelo Laboratório

da CESP de Ilha Solteira (CARVALHO e SOUZA, 1990).

Novas estacas de teste, algumas delas instrumentadas, foram instaladas e

ensaiadas, tais como: escavadas e apiloadas de concreto, escavadas e apiloadas de

solo-cimento e pré-moldadas de concreto, ampliando o campo experimental para

uma área de aproximadamente 2.000 m2 (MENEZES, 1997; SEGANTINI, 2000).

A cidade de Ilha Solteira encontra-se sobre rochas do Grupo São Bento,

compostas por arenitos das Formações Botucatu e Pirambóia e por rochas efusivas

basálticas da Formação Serra Geral. Sobre essas formações aparecem os

conglomerados e os arenitos do Grupo Bauru e, logo a seguir, os Sedimentos

Cenozóicos (PEIXOTO, 2001). Esse solo residual é bastante poroso, pouco denso e

muito erodível; torna-se colapsível quando inundado sob carregamentos, pois o

133

mesmo foi submetido a um intenso processo de laterização, principalmente em

razão de alternadas e bem definidas estações de chuva e seca, acarretando uma

contínua lixiviação de seus sais e óxidos solúveis (SOUZA, 2001).

O Município possui uma camada de solo superficial residual de basalto,

altamente poroso e colapsível, que ocorre em mais de 60% da área do solo

superficial do Estado de São Paulo, ver a Figura 3.27 (SOUZA, 1994).

Figura 3.27– Mapa do estado de São Paulo, localização da cidade de estudo.

Fonte: Souza (1994)

Peixoto (2001) apresenta algumas propriedades do solo do Campo

Experimental de Fundações da FEIS/Unesp, na cidade de Ilha Solteira, a Tabela

3.11 ilustra os valores obtidos para os limites de consistência e granulometria.

134

Tabela 3.11 – Resultados dos ensaios de caracterização do solo – FEIS/UNESP.

Fonte: Peixoto (2001)

Profundidade

(m)

Limite de

Consistência

Granulometria

argila silte areia fina areia média

LL (%) LP (%) (%) (%) (%) (%)

1 23 14 29 8 59 4

2 24 15 29 8 59 4

3 24 17 20 11 65 4

4 26 16 33 8 56 3

5 27 16 33 8 56 3

6 28 17 33 5 58 4

7 29 18 27 15 55 3

8 28 16 28 12 57 3

9 28 16 28 12 57 3

10 28 16 32 12 53 3

11 28 16 26 17 54 3

12 29 17 29 11 57 3

13 29 17 30 15 52 3

14 28 17 28 17 52 3

15 28 17 25 18 53 4

Peixoto (2001) apresenta também os valores dos índices físicos, que são

mostrados na Tabela 3.12.

Tabela 3.12 – Valores de índices físicos – FEIS/UNESP.

Fonte: Peixoto (2001).

Profundidade (m)

s w e n

(kN/m3) (kN/m3) (kN/m3) (%) (%)

1 16,0 26,9 14,6 9,4 0,84 46

2 14,8 27,1 14,0 5,6 0,94 48

3 14,9 27,2 13,6 9,5 1,00 50

5 14,8 27,2 14,3 3,4 0,90 47

7 15,9 27,1 15,1 5,4 0,79 44

9 18,4 27,1 15,7 17,0 0,73 42

11 17,7 16,1 16,1 9,8 0,69 41

13 18,8 16,1 16,1 17,0 0,68 40

15 17,0 15,5 15,5 10,0 0,77 44

135

A figura 3.28 ilustra a localização da FEIS/Unesp e a figura 3.29 o Campus

Experimental de Fundações e o local onde foram instaladas as estacas desta

pesquisa.

Figura 3.28 – Campus da Experimental de Fundações da FEIS/UNESP.

Fonte: Google maps (2016).

Figura 3.29 – Campus Experimental UNESP/FEIS.

Fonte: Google maps (2016).

UNESP/FEIS

CAMPUS

EXPERIMENTAL

UNESP/FEIS

136

As três estacas de concreto convencional e as três de concreto com resíduo

de borracha foram instaladas entre as estacas de reação disponíveis no campus

experimental da FEIS/Unesp.

A Figura 3.30 ilustra o posicionamento das estacas escavadas e as estacas

de reação existentes.

137

SEM ESCALA

Estaca com concreto convecional

Estaca de reação existente

Estaca com concreto resíduo

DE ENGENHARIA CIVILLABORATÓRIO

CPT - 3

SPT - 3

CPT - 2

SPT - 28

CPT - 4

CPT-5

6

SPT - 4

SPT-5

42 CPT - 10SPT - 1

POÇO DE INSPEÇÃO

10 m

ESCALA

Figura 3.30 – Posicionamento das estacas escavadas Campo Experimental de Fundações da

FEIS/Unesp –Ilha Solteira.

O campo experimental dispõe de cinco furos de sondagem SPT e cinco

furos de ensaio CPT, distribuídos de acordo com o que ilustra a Figura 3.30. Os

valores disponíveis das sondagens SPT (S1, S2, S3, S4 e S5) são ilustrados na

Figura 3.31, por sua vez os valores da resistência de ponta (qc) e o atrito lateral

138

unitário máximo (fs) do ensaio CPT (D1, D2, D3, D4 e D5) são mostrados na Figura

3.32.

Figura 3.31 – Valores de N das sondagens SPT – FEIS/Unesp.

Fonte: Menezes (1997).

a) Resistência de ponta b) Atrito lateral unitário local

Figura 3.32 – Valores de qc e fs obtidos nos ensaios CPT – FEIS/UNESP.

Fonte: Menezes (1997).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Número de golpes (N)

Pro

fun

did

ad

e (

m)

S1

S2

S3

S4

S5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 3000 6000 9000 12000

Resistência de Ponta (kN/m2)

Pro

fun

did

ad

e (

m)

D1

D2

D3

D4

D5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 100 200 300 400 500

Atrito Lateral Unitário Local (kN/m2)

Pro

fun

did

ad

e (

m)

D1

D2

D3

D4

D5

139

Souza (2001) comenta que no Campo Experimental da FEIS/Unesp ocorre

grande dispersão dos valores obtidos nos ensaios SPT (Figura 3.31) e nas

sondagens CPT (resistência de ponta e atrito lateral unitário máximo, na Figura

3.32), ao longo da profundidade, por este motivo construiu curvas com valores

mínimos, médios e máximos, respectivamente, mostradas nas Figuras 3.33 e 3.34,

recomendando que os valores médios de “N” da sondagem SPT e de “qc” e “fs” do

ensaio SPT devem ser utilizados nos métodos semi-empíricos para determinação da

capacidade carga de estacas (Qr).

Figura 3.33 – Valores mínimos, médios e máximos de N das sondagens SPT – FEIS/Unesp.

Fonte: Souza (2001).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 3 6 9 12 15 18 21

Número de Golpes (N)

Pro

fun

did

ad

e (

m)

mínimo

máximo

médio

140

a) Resistência de ponta b) Atrito lateral unitário local

Figura 3.34 – Valores mínimos, médios e máximos qc e fs dos ensaios CPT – FEIS/Unesp.

Fonte: Souza (2001)

Para as determinações semi-empíricas da capacidade de carga (Qr), nesta

pesquisa foram utilizados os valores médios de “N”, “qc” e “fs”, apresentados nas

Figuras 3.33 e 3.34 e, fornecidos por Souza (2001) e mostrados na 3.13.

Tabela 3.13 – Valores médios de N, qc e fs – FEIS/Unesp.


Profundidade (m)

Sondagem SPT Ensaio CPT

Nmédio qc,médio fs,médio

1 6,0 4720 60,7

2 2,2 1760 40,1

3 2,4 1880 40,6

4 3,4 2920 47,7

5 4,8 3460 66,3

6 5,0 3500 85,7

7 6,6 4520 99,6

8 6,8 4800 119,4

9 7,6 4820 114,0

10 9,0 6020 165,2

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000

Resistência de Ponta (kN/m2)P

rofu

nd

ida

de

(m

)

mínima

máxima

média

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

0 100 200 300 400 500

Atrito Lateral Unitário Local (kN/m2)

Pro

fun

did

ad

e (

m)

mínimo

máximo

médio

141

Os perfis das sondagens SP1, SP2, SP3 e SP4, disponíveis do Campo

Experimental da FEIS/UNESP são mostrados na Figura 3.35.

Figura 3.35 – Perfis de solo do Campo Experimental da FEIS/UNESP.

(In: Menezes, 1997).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

Pro

fun

did

ad

e (

m)

SP-199,37m

SP-299,54m

SP-399,88m

SP-499,89m

Areia fina e média, argilosa, com raízes

Aterro de areia fina e média, argilosa

Aterro de areia fina e média, argilosa, com raízes

Areia fina e média, argilosa

Areia fina e média, argilosa, pouco siltosa

Areia fina e média, argilosa pouco siltosa

142

O campo experimental de Ilha Solteira foi utilizado para o desenvolvimento de

diversas pesquisas, com divulgações no meio técnico. A Tabela 3.14 ilustra alguns

dos trabalhos desenvolvidos.

Tabela 3.14 – Trabalhos publicados – Campus Experimental FEIS/Unesp.

Ano Autor (es) Tipo de Estaca Trabalho

1990 Carvalho e Souza Escavada de concreto Artigo

1994 Segantini Escavada de solo-cimento e concreto Dissertação

1996 Segantini e Carvalho Escavada de solo-cimento e concreto Artigo

1997 Menezes Pré-moldada de concreto Tese

2000 Segantini Escavada de solo-cimento e concreto Tese

2000 Segantini e Carvalho Escavada de concreto Artigo

2001 Nacano Escavada de solo-cimento e concreto Dissertação

3.5.2 Estacas e Sistema de Reação

A) Estacas

Para a realização das provas de carga foram moldadas in loco seis estacas

teste de diâmetro de 0,30 m com comprimento de 6,0 m. A armadura longitudinal

constituiu-se de quatro barras de aço CA50A de diâmetro de 12,5 mm (1/2”), com

estribos de aço CA-60 4,2 mm (3/16”) a cada 20 cm. As estacas foram executadas

no Campo Experimental de Fundações da FEIS/UNESP, na cidade de Ilha Solteira

(SP).

Cada duas estacas de teste foram alinhadas entre duas estacas de reação,

com espaçamento mínimo entre as mesmas de 1,5 m, conforme recomendação da

NBR 12131 (ABNT, 2006). A Figura 3.36 ilustra o posicionamento das estacas,

sendo que as estacas de número ímpar foram confeccionadas de concreto

convencional e os pares de concreto com resíduo de borracha.

143

Estaca de concreto convecional

Estaca de concreto resíduo

Estaca de reação existente

Figura 3.36 – Posicionamento das estacas com concreto convencional e borracha.

As estacas de reação tinham como dimensões: 8 m de comprimento e

diâmetro de 35 cm, sendo todas armadas do topo até a base com barras de aço CA-

50-A com diâmetro de 10 mm e estribos a cada 15 cm de aço CA-50-A com diâmetro

de 6,3 mm. Cada estaca de reação dispunha de um sistema de atirantamento com

barra de tirante para ancoragem DYWIDAG-32 fabricado com aço especial ST-

85/105, desde a sua base até 20 cm acima do topo.

B) Escavação das Estacas de Teste

Anteriormente à perfuração das estacas de teste, foi conferida a posição e

alinhamento de cada uma e, em seguida, planejou-se o posicionamento do

caminhão de forma a não posicionar-se ou passar sobre as estacas de reação. A

figura 3.37 ilustra o posicionamento do caminhão e os preparativos para perfuração.

144

Figura 3.37 – Posicionamento do caminhão para perfuração.


A escavação das estacas foi realizada com um trado helicoidal conectado a

uma haste metálica acoplado a um caminhão, compondo o sistema de perfuração

mecânica. Para retirar o solo escavado o trado helicoidal foi sacado do furo e

rotacionado no sentido contrário ao da perfuração. Pode-se observar na Figura 3.38

o momento da retirada do solo preso ao trado.

Figura 3.38 – Retirada do solo preso ao trado.


Ao final da escavação de cada estaca, antes do caminhão mudar de

posição, a profundidade da escavação foi conferida como mostra a Figura 3.39.

145

Figura 3.39 – Verificação da profundidade da estaca.


C) Sistema de Reação

Para a execução das provas de carga foram utilizados os seguintes

equipamentos: viga de reação; conjunto macaco e bomba hidráulica; célula de

carga; rótula; indicador de deformação; sistema de referência; relógios

comparadores; placa de aço e sistema de reação como mostra a Figura 3.40.

146

PORCAPORCA

TIRANTE TIRANTE

LUVALUVA

RÓTULACÉLULA DE CARGA

MACACO HIDRÁULICO

RELÓGIO

COMPARADOR

ESTACA DE

REAÇÃO

ESTACA DE

REAÇÃO

ESTACA TESTE

CHAPA DE AÇO

Figura 3.40 – Detalhe da fixação da viga de reação a duas estacas de reação.

Fonte: Adaptado Souza (2001).

D) Viga de Reação

Para a realização de cada prova de carga foi utilizada uma viga de reação

com capacidade de carga em torno de 500 kN, composta por duplo perfil em “I”,

enrijecida com cinco placas de aço nas faces superior e inferior.

A função da viga de reação é de fixar o macaco hidráulico de forma a

possibilitar movimentos do mesmo no sentido vertical na direção de cima para baixo,

permitindo com isso o carregamento à compressão das estacas de teste.

A viga de reação foi fixada a duas estacas de reação, sendo uma em cada

extremidade. A interligação da viga de reação às estacas de reação foi feita por

tirantes e luvas de aço, todos fabricados com aço especial ST-85/105 (ver a Figura

3.40).

DYWIDAG DYWIDAG

147

E) Conjunto Macaco e Bomba Hidráulica

Os estágios de carregamento e de descarregamento ao longo das provas de

carga foram realizados com um conjunto de macaco e bomba hidráulica. O macaco

hidráulico tinha um furo central, que permitiu a passagem de um tirante de

segurança. O conjunto dispunha de uma capacidade de carga 300 kN, a Figura 3.41

ilustra o conjunto utilizado.

Figura 3.41 – Detalhe do conjunto macaco e bomba hidráulica.


F) Célula de Carga

Para monitorar as cargas ao longo de cada estágio de carregamento,

durante a realização das provas de carga foi utilizada uma célula de carga, com um

furo central, devidamente calibrada, e que foi posicionada entre o macaco e a rótula

(ver a Figura 3.42). A capacidade de carga da célula de carga era de 300 kN e a

Figura 3.43 apresenta a sua curva de calibração.

148

Figura 3.42 – Detalhe da celular de carga e Rótula.


Figura 3.43 – Resultados Obtidos com a calibração da célula de carga.

G) Rótula

Buscando manter a estabilidade do sistema e a axialidade dos

carregamentos, ao longo das provas de carga, foi utilizada uma rótula de aço

especial, com um furo central, inserida entre a viga de reação e a célula de carga. A

célula de carga utilizada tinha uma capacidade de carga de 300 kN (Figuras 3.40 e

3.42).

149

H) Indicador de Deformação

O indicador de deformação, do tipo analógico, utilizado no monitoramento

dos carregamentos aplicados nas provas de carga, foi um Transdutec – modelo

T831, fabricado pela empresa Sensortec, com sede em Ilha Solteira, SP.

Com a sua utilização foi possível manter constante a pressão exercida pelo

macaco hidráulico sobre a estaca de teste no decorrer dos estágios de

carregamento das provas de carga.

I) Sistema de Referência

O sistema de referência utilizado foi composto por dois perfis metálicos “I”,

com 10 cm de alma e abas de 5 cm, dispostos um de cada lado do eixo da estaca,

devidamente bi apoiados e afastados a 1,5 m das estacas ensaiadas (ver a Figura

3.44), distância mínima recomendada pela NBR 12131 (ABNT, 2006).

Figura 3.44 – Detalhe da viga de reação, estacas de reação e estacas teste.

Fonte: Arquivo Pessoal.

150

J) Relógios Comparadores

Para as leituras de recalque (deslocamento vertical da cabeça da estaca),

foram utilizados quatro relógios comparadores analógicos, com curso de 150 mm e

precisão de 0,01 mm, que foram posicionados diametralmente opostos à estaca de

teste, fixados ao sistema de referência por meio de bases magnéticas e

posicionadas suas hastes de leituras sobre placas de acrílico coladas na base de

apoio.

K) Sistema de Reação

O sistema de reação utilizado nas provas de carga foi do tipo ação-reação,

com aplicação de carga feita por macaco hidráulico, instalado entre a viga de reação

e a cabeça da estaca. A ancoragem da viga de reação a duas estacas de reação

faz-se com peças especiais, incluindo-se porcas, placas, luvas e tirantes. Vale

ressaltar que a cabeça da estaca foi devidamente nivelada e recebeu uma placa de

aço com dez centímetros de espessura a fim de distribuir as cargas (Figura 3.44).

3.5.3 – Instrumentação das Estacas de Teste

Todas as estacas dispunham de armadura longitudinal com quatro barras de

aço, sendo que cada barra possuía três níveis de instrumentação, o primeiro a 0,30

m do topo da estaca, o segundo a 1,5 m e o terceiro a 5,7 m, com a finalidade de se

determinar as cargas que chegavam aos respectivos pontos das estacas. Portanto

vinte e quatro barras instrumentadas.

Para instrumentação das barras foram utilizados extensômetros elétricos de

resistência (strain gages) com grade de 5 mm, da Kyowa tipo KFG-5-120-C1-11 com

resistência de 119,8 0,2 Ω, que foram ligados em ¼ de ponte. Para a colagem dos

extensômetros nas barras de aço uma série cuidados foi tomada.

Inicialmente foram retiradas as nervuras na região de colagem dos

extensômetros, seguido de minucioso processo de regularização da superfície

151

usando lima e lixa a fim de deixar a superfície sem ranhuras e imperfeições (Figura

3.45).

Figura 3.45 – Processo de regularização da superfície da barra de aço.


Com esse procedimento o diâmetro da barra foi modificado, por isso foi

necessário efetuar uma medida do diâmetro da barra na região de colagem a fim de

se obter o diâmetro correto que será utilizado para os cálculos. Para maior precisão

nesta medida utilizou-se um paquímetro digital fazendo-se três leituras na referida

região, conforme ilustra a figura 3.46.

Figura 3.46 – Conferência do diâmetro da barra.


Após a leitura e identificação das barras executou-se uma limpeza na região

da colagem com limpa contato (solvente alifático) do fabricante Orbi, buscando

remover sujeiras, umidades e oxidações, após este passo, iniciou-se imediatamente

152

a colagem dos extensômetros com cola de secagem rápida a base de cianoacrilato

(Figura 3.47).

Figura 3.47 – Limpeza e colagem dos extensômetros.


Concluída a colagem dos extensômetros fez-se a colagem dos terminais,

fabricados pela Excel Sensores, e posterior solda aos fios dos cabos blindados de 4

vias. Finalizado esse processo, utilizou-se a resina de silicone RK do mesmo

fabricante, que se polimeriza rapidamente, em contato com o ar, transformando-se

numa camada de borracha de silicone que fornece uma proteção contra umidade e

mecânica. A Figura 3.48 ilustra este processo.

Figura 3.48 – Aplicação de Resina RK.


153

Concluídos o processo de colagem e as ligações, tomou-se cuidado para que

o cabo não se rompesse fixando-o na barra de aço com uma linha, do tipo cordone,

juntamente com cola e posterior fixação e proteção por fita de auto-fusão (Figura

3.49).

Figura 3.49 – Proteção dos extensômetros.


Com o término desse processo, as barras foram numeradas e os cabos

identificados quanto ao seu posicionamento. Vale ressaltar que a metragem do cabo

foi calculada para que ficasse ao alcance da caixa de leitura.

3.5.4 – Concretagem das Estacas de Teste

Logo após o término da perfuração instalou-se no fundo de cada estaca de

teste uma placa de isopor com espessura de 50 mm, com a finalidade de facilitar a

identificação da resistência de ponta da estaca conforme ilustra a Figura 3.50, em

seguida com a ajuda do equipamento de perfuração instalou-se a armadura

previamente preparada.

154

Figura 3.50 – Pastilhas com isopor utilizadas na ponta da estaca.


Utilizou-se estribo de 4,2 mm a cada vinte centímetros com o objetivo único

de manter as barras de aço posicionadas e para facilitar o processo de sua

introdução na perfuração no solo. A Figura 3.51 mostra as barras e os estribos, bem

como todo o cuidado de fixação dos cabos blindados nas mesmas.

Figura 3.51 – Barras prontas para instalação.


Os mesmos procedimentos e cuidados tomados no laboratório relativos a

confecção do concreto foram mantidos no campo para a concretagem das estacas,

tais como: mesmo lote dos agregados, peneiramento da areia, pesagem de todo o

material, conservação do material em local protegido, bem como o ensaio de

umidade para correção do traço.

155

Para a mistura dos materiais foram obedecidos os mesmos procedimentos

utilizados em laboratório, utilizando duas betoneiras de 450 litros, balança, equipe de

seis ajudantes e um funil com comprimento de 1,5 m para orientar o fluxo do

concreto. Vale ressaltar que a concretagem foi realizada no mesmo dia da

perfuração das estacas.

3.5.5 – Prova de Carga Estática

O ensaio foi realizado após sessenta dias da concretagem das estacas. Esse

período foi adotado a fim de se atingir o prazo para que a resistência do concreto,

lançado em ambiente fechado (furo no solo) fosse garantida.

Na realização das provas de carga, os carregamentos foram feitos em

estágios sucessivos, com incrementos de 10 kN, até atingir a carga na qual os

deslocamentos indicassem a ruptura da ligação solo-estaca. Seguiram-se os

procedimentos estabelecidos pela NBR12131 (ABNT, 2006), adotando-se

carregamento rápido (QML). O descarregamento ocorreu depois de atingida a carga

máxima do ensaio, em quatro estágios com a leitura dos respectivos deslocamentos.

Para execução das provas de carga houve o cuidado de se verificar os

seguintes aspectos do conjunto: o nivelamento da viga metálica de reação, os

tirantes das estacas de reação, os relógios comparadores e a ligação dos fios das

barras instrumentadas e das células de carga ao quadro de conexão dos fios do

indicador de deformação.

3.5.6 – Transferência de Carga

A carga em um nível instrumentado qualquer do fuste de uma estaca é dada

em função do atrito lateral unitário (f) atuante na área lateral da estaca (Figura 3.52).

Considere-se um elemento de estaca com altura Δz, como se mostra na

Figura 3.52. O esforço normal axial (Q), atuante no topo do elemento, pode ser

obtido através de uma equação de equilíbrio e da aplicação da Lei de Hooke.

156

Q

z

z

u

Q+Q

f = f(z)

Qo

Figura 3.52 – Esquema de transferência de carga e deformação de uma seção da estaca.


A equação de equilíbrio de forças para a Figura 3.6 é definida pela Equação

3.9 como:

z.D.

Qf

(3.9)

onde:

ΔQ = carga transferida ao solo no trecho Δz;

Δz = altura do elemento (trecho) de estaca analisado;

f = atrito lateral unitário, e.

D = diâmetro da estaca.

A deformação do elemento de estaca pode ser calculada pela Lei de Hooke

utilizando a Equação 3.10:

A.E

Q

z

u

(3.10)

onde:

157

=: deformação específica do elemento;

Δu = encurtamento da estaca no trecho Δz;

Q = carga;

E = módulo de elasticidade do material da estaca, e

A = área da seção transversal da estaca.

Da Equação 3.10 chega-se a Equação 3.11 que determina a carga atuante no

ponto instrumentado da estaca:

A.E.Q (3.11)

Em provas de carga instrumentadas, a medida da deformação específica do

elemento () pode ser feita diretamente, pelos extensômetros ou, indiretamente,

através da medida de deslocamentos, com os tell tales, instalados em várias

secções ou níveis, em profundidade. A aplicação da Equação 3.11 conduz ao

primeiro dos diagramas de transferência de carga, ilustrado na Figura 3.53. Note-se

que existem tantas curvas quantos forem os estágios de carregamento, durante a

prova de carga.

strain gage

4Q

Q3

Q2

Q1

Q

Q0

Nível 4

Nível 3

Nível 2

Nível 1

10

0

Nível 0

20 30 5040 60 70

Carga Normal Q

Profundiade (z)

Figura 3.53 –. Estaca instrumentada e resultados da transferência de carga.


158

Com as cargas atuantes nos pontos instrumentados é possível determinar o

atrito lateral unitário (f), utilizando-se a Equação 3.5, ou simplesmente a Equação

3.12:

'

sA

dQf

(3.12)

onde:

dQ : diferença de carga entre dois pontos instrumentados; e

'

sA : área da superfície lateral da estaca no trecho em que se obteve dQ.

A Figura 3.54 mostra o gráfico do atrito lateral unitário ao longo do fuste de

uma estaca, para um dado estágio de carregamento.

z

z (m)

4

3

2

Q

Q

Q

Q1

Q

f

z (m)

f

f

f

Q f0

dz

dz

dz

dz

1

2

3

4

Q Qp s

4

3

2

1

0

0Q

1

2

4

ATRITO LATERAL UNITÁRIO

3

CARGA NORMAL

Figura 3.54 – Diagramas de transferência de carga.


A Equação 3.10 permite uma interpretação gráfica dos valores do atrito

lateral unitário (f). De fato, admitindo-se variação linear da carga normal axial (Q)

com a profundidade (z), entre dois níveis consecutivos de instrumentação (ver a

159

Figura 3.54), o valor do atrito lateral unitário é o coeficiente angular da reta dividido

pela área lateral da estaca ( '

sA ).

O conjunto de gráficos do tipo f x z, para todos os estágios de carregamento,

constitui-se no segundo diagrama de transferência de carga.

3.5.7 – Determinação da Capacidade de Carga

A capacidade de carga das estacas (Qr) será determinada com a realização

das provas de carga. Os valores obtidos serão comparados com os valores

estimados por alguns métodos semiempíricos, a saber: (a) Aoki & Velloso (1975); (b)

Décourt & Quaresma (1978) modificado por Décourt (1996); (c) Milititsky e Alves

(1985) (d) Teixeira (1996) (e) Vorcaro e Velloso (2000) (f) UFRGS (2005) descritos a

seguir.

3.5.7.1 – Método de Aoki e Velloso (1975)

Apresentaram uma proposta para a determinação do atrito lateral unitário

máximo (fmáx) e da resistência de ponta (qp,r) na ruptura, baseada em dados obtidos

em o ensaio de penetração contínua (CPT), ou para situações em que não se

disponha deste ensaio, os autores propuseram uma correlação que utiliza os valores

de resistência à penetração (N), em sondagens à percussão (SPT).

O estudo foi fundamentado com base em dados obtidos em provas de carga

em estacas comprimidas (Franki, aço e concreto), em que o atrito lateral unitário

máximo (fmáx) foi definido pela relação do atrito lateral local unitário médio (fs,méd),

obtido no ensaio CPT, dividido pelo coeficiente de correção para a carga lateral (F2).

Já a resistência de ponta na ruptura (qp,r) é expressa pela resistência de ponta do

cone (qc), obtida no ensaio CPT, dividida pelo coeficiente de correção para a carga

de ponta (F1). Os fatores de carga lateral e de ponta são dados em função do tipo de

estaca e relacionam o comportamento do modelo (cone) ao do protótipo (estaca).

160

Quando o ensaio CPT disponível não fornece o valor do atrito lateral local

unitário (fs), os autores propõem a utilização da resistência de ponta multiplicada por

um coeficiente , que correlaciona o atrito lateral do cone com a sua resistência de

ponta (Begeman, 1965).

Caso disponha só de resultados de sondagens SPT, a resistência lateral

média pode ser obtida pelo produto do coeficiente com o fator de conversão da

resistência à penetração (N), da sondagem SPT, em resistência de ponta, designado

por K, multiplicado, ainda, pela resistência a penetração (N), média no trecho da

estaca em estudo. Enquanto que a resistência de ponta é determinada pelo produto

do fator K pelo valor de N, na ponta da estaca. Os termos e K são coeficientes que

dependem do tipo de solo (valores tabelados).

3.5.7.2 – Método de Décourt e Quaresma (1978), modificado por Décourt (1996)

O método, que se baseia no SPT, foi inicialmente desenvolvido para estacas

de deslocamento; porém, para abranger outros tipos de estacas, recentemente,

Décourt (1996) introduziu dois fatores de ajuste na equação da capacidade de carga

(α e β), com a finalidade de considerar variados processos executivos. A carga de

ruptura da estaca é calculada seguindo a Equação 3.13:

QT = α.QP + β.QL = α.qP. Ap + β. fu. U. L (3.13)

onde:

QT =capacidade de carga da estaca;

QL = resistência última lateral;

QP =resistência última de ponta ou base;

qP = tensão limite no nível da ponta

fu = tensão limite de cisalhamento ao longo do fuste;

Ap = área da secção transversal da ponta da estaca;

U = perímetro;

L = é o comprimento da estaca

161

Os valores das tensões limites (qp e fu) são calculados a partir de NSPT

do ensaio SPT conforme Equação 3.14:

L.U.3

1N.10.A.N.C.Q L

ppT

(3.14)

onde:

NP = valor médio do índice de resistência à penetração (NSPT na ponta ou

base da estaca, obtido a partir de três valores: i) o correspondente ao

nível da ponta ou base, ii) o imediatamente anterior, e iii) o

imediatamente posterior);

C = coeficiente característico do solo ajustado por meio de 41 provas de carga

realizadas em estacas pré-moldadas de concreto;

α = fator aplicado à parcela de ponta; de acordo com o tipo de solo e o tipo de

estaca;

β = fator aplicado à parcela de atrito lateral de acordo com o tipo de solo e o

tipo de estaca;

NL = índice médio de resistência à penetração, NSPT médio ao longo do fuste.

No método, NL é obtido com o valor médio de resistência à penetração do

SPT ao longo do fuste da estaca para uma mesma camada de solo, sem considerar

os valores que serão utilizados na resistência de ponta. No cálculo de NL adotam os

limites: i) para estacas de deslocamento e estacas escavadas com bentônica deve

ser maior que 3 e menor que 50; e ii) para estacas Strauss e tubulões a céu aberto

deve ser maior que 3 e menor que 15. Nas Tabela 3.15 e 3.16 são apresentados

alguns valores C e os valores de α e β , respectivamente.

162

Tabela 3.15 – Coeficiente característica do solo C.

Fonte: Décourt (1978).

Tipo de solo Tipo de Estaca

Deslocamento Escavada

Argila 120 100

Siltes argilosos (alteração de rocha) 200 200

Siltes arenosos (alteração de rocha) 250 140

Areias 100 200

Tabela 3.16 – Valores do fator α e β em função do tipo de estaca e do tipo do solo.

Fonte: Décourt (1996).

Tipos de Solos

Escavadas em

geral

Escavadas

(bentonita)

Hélice

Contínua Raiz

Injetadas sob

altas pressões

α β α β α β α β α β

Argila 0,85 0,80 0,85 0,90 0,30 1,00 0,85 1,50 1,00 3,00

Solos intermediários 0,60 0,65 0,60 0,75 0,30 1,00 0,60 1,50 1,00 3,00

Areias 0,50 0,50 0,50 0,60 0,30 1,00 0,50 1,50 1,00 3,00

3.5.7.3 – Método Milititsky e Alves (1985)

Os autores apresentaram uma formulação empírica a partir de estudos

estatísticos de quinze provas de carga realizadas em estacas escavadas no estado

do Rio Grande do Sul. A capacidade de carga é determinada pela Equação 3.15:

QT = M2.NP. Ap + M1.NL. U. L (3.15)

onde:

M1, M2 = coeficientes de proporcionalidade, descritos na Tabela 3.17;

NP = média do índice de resistência a penetração (NSPT na profundidade da

ponta da estaca, desde o valor imediatamente acima até o valor

imediatamente abaixo da cota da ponta da estaca);

NL = média dos valores do índice de resistência à penetração (NSPT, ao longo

do fuste da estaca, exceto o último valor acima da ponta da estaca);

AP = área da seção transversal na ponta da estaca;

163

U = perímetro da estaca, e

L = comprimento da estaca.

Tabela 3.17 - Valores para os coeficientes M1 e M2.

Fonte: Milititsky e Alves (1985).

3.5.7.4 – Método de Teixeira (1996)

Teixeira (1996) propôs a Equação 3.16 dada em função dos parâmetros αTEX

e βTEX para obter a capacidade de carga à compressão de uma estaca.

QT = QP + QL = αTEX. Np .AP + βTEX.NL. U. L (3.16)

Onde: Np é o valor médio do índice de resistência à penetração, NSPT,

medido no intervalo de 4 diâmetros acima da ponta da estaca e 1 diâmetro abaixo;

αTEX é o parâmetro adotado em função do tipo do solo e do tipo da estaca; NL é o

valor médio do índice de resistência à penetração, NSPT, ao longo do fuste da estaca;

βTEX é o parâmetro adotado em função do tipo da estaca; AP é a área da seção

transversal na ponta da estaca; U é o perímetro da estaca; e L é o comprimento da

estaca.

Esse método não se aplica as estacas pré-moldadas de concreto flutuantes

em espessas camadas de argila mole, com NSPT inferior a três (CINTRA; AOKI,

2010). Nas Tabelas 3.18 e 3.19 são mostrados os valores dos parâmetros αTEX e

βTEX.

Tipos de Escavação M1 M2

Perfuração mecânica 2,45 60

Tipo Strauss 2,35 90

164

Tabela 3.18 – Valores do parâmetro αTEX. Fonte: Teixeira (1996).

Tipo de solo

4 < NSPT < 40

Tipo de Estaca - αTEX (kPa)

Pré-moldada e perfil metálico

Franki Escavada a céu

aberto Raiz

Argila siltosa 110 100 100 100

Silte Arenoso 160 120 110 110

Argila arenosa 210 160 130 140

Silte arenoso 260 210 160 160

Areia argilosa 300 240 200 190

Areia siltosa 360 300 240 220

Areia 400 340 270 260

Areia com pedregulhos

440 380 310 290

Tabela 3.19 – Valores do parâmetro βTEX

Fonte: Teixeira (1996).

Tipo de Estacas βTEX (kN/m2)

Pré-moldada e Perfil metálico 4,0

Franki 5,0

Escavada a céu aberto 4,0

Raiz 6,0

3.5.7.5 – Método de Vorcaro e Velloso (2000)

O método desenvolvido por Vorcaro e Velloso (2000) utilizou a técnica de

regressão linear múltipla e foi criado a partir da observação dos 150 resultados de

prova de carga estática à compressão em estacas do tipo Franki, pré-moldada,

escavada e hélice contínua, bem como dos SPTs realizados nas regiões de

execução das estacas extraídos do banco de dados da COPPE-UFRJ; (VORCARO

e VELLOSO, 2000).

As cargas máximas utilizadas para a formulação do método foram obtidas

através do critério de Van der Veen de extrapolação da curva carga vs. recalque

(VORCARO e VELLOSO, 2000).

165

Pelo método, a carga de ruptura para estacas escavadas é determinada

pelas equações na Tabela 3.20. Os valores XP para a resistência de ponta e XF

para a resistência lateral das estacas são determinadas pelas equações 3.17 e 3.18

respectivamente.

XP = AP . NP (3.17)

XF =U x Σ ( Δl . Nl ) (3.18)

onde:

AP = área da seção transversal na ponta da estaca;

NP = média do índice de resistência a penetração NSPT na profundidade da

ponta da estaca;

U = perímetro do fuste da estaca;

ΔL = espessura de solo (m) ao longo do qual o NSPT pode ser considerado

constante;

Nl = valor médio do índice de resistência a penetração ao longo do fuste da

estaca.

Tabela 3.20 – Grupo de solos e equações para previsão da carga de ruptura de estaca

escavadas.

Fonte: Adaptado de Velloso e Lopes (2010).

Grupo Tipo de solos Carga de ruptura (kN)

1 areia QEST = exp [(7,32 lnXP + 7,38 lnXF) 1/2 ]

2 Areia siltosa, areia silto-argilosa, areia argilosa, areia argilo-siltosa

QEST = exp [(6,23 lnXP + 7,78 lnXF) 1/2 ]

3 Silte, silte arenoso, argila arenosa QEST = exp [(4,92 lnXP + 7,78 lnXF) 1/2 ]

4 Silte areno-argiloso, silte argilo-arenoso, argila areno-siltosa, argila silto-arenosa

QEST = exp [(6,96 lnXP + 7,78 lnXF) 1/2 ]

5 Silte argiloso, argila, argila siltosa QEST = exp [(7,32 lnXP + 7,38 lnXF) 1/2 ]

3.5.7.6 – Método da UFRGS (2005)

Desenvolvida a partir de conceitos físicos e baseados em resultados do

ensaio SPT, Lobo (2005) propõe uma nova interpretação do ensaio, sugerida por

166

Odebrecht (2003), em que se calcula uma força de reação dinâmica do solo à

cravação do amostrador SPT ao contrário de outras metodologias consagradas na

prática da engenharia.

A capacidade de carga da estaca é expressa pela Equação 3.19:

QR = α.0,2.U/(a1.Σ Fd.ΔL)+ β.0,7.Fd. Ap/ap (3.19)

onde:

QR = capacidade de carga da estaca;

α = coeficiente de ajuste aplicado para resistência de lateral;

U = perímetro da estaca;

a1 = área lateral total do amostrador (área lateral externa + interna = 810,5 cm2);

ΔL = espessura de cada camada de solo considerado;

β = coeficiente de ajuste aplicado para resistência de ponta;

Ap = área da ponta ou base da estaca;

a2 = área de ponta do amostrador SPT (20,4 cm²), e

Fd = variação da energia potencial (Equação 3.20).

(3.20)

onde:

η1 = eficiência do golpe = 0,764;

η1 = eficiência das hastes = 1;

η1 = eficiência do sistema = 0,907 - 0,0066.z ;

z= comprimento da haste que penetrou no solo;

Mm = massa do martelo;

Mh = massa da haste [3,23 kg/m];

g = aceleração da gravidade;

Δp = penetração do golpe = 0,3/N.

167

Os coeficientes α e β são obtidos através de correlações estatísticas, entre

os valores previstos pelo método proposto e valores medidos em provas de carga

estática. Para desenvolvimento do método utilizou-se um banco de dados composto

de 324 provas de carga à compressão e 43 provas de carga à tração, feitas a

diferentes tipos de estaca como: cravadas metálicas, cravadas pré-moldadas, hélice

contínua e escavadas. Na tabela 3.21 apresentam-se os valores dos coeficientes α e

β.

Tabela 3.21 – Coeficientes α e β.

Fonte: Lobo (2005)

Tipos de Estaca α β

Cravada pré-moldada 1,50 1,10

Cravada metálica 1,00 1,00

Hélice contínua 1,00 0,60

Escavada 0,70 0,50

168

CAPITULO 4 – RESULTADOS

Neste capítulo são apresentados os resultados obtidos nos ensaios de

aderência entre aço e concreto, como também as provas de carga estática

realizadas com as estacas instrumentadas. Esses ensaios foram realizados para os

dois tipos de concreto estudados (convencional e com incorporação de resíduos de

borracha).

4.1 ENSAIO DE TIRANTE

Com a finalização dos ensaios mecânicos, foi realizada uma inspeção visual

em cada tirante, seguindo orientação da NBR 7477 (ABNT, 1982) para contabilizar

as fissuras, sendo que são consideradas somente aquelas que atingem os quatro

lados do tirante.

Após essa verificação foram aferidas as medidas das distâncias entre as

fissuras em todos os lados do tirante. A Figura 4.1 mostra os tirantes ensaiados e

ressalta uma das fissuras desconsiderada no cálculo do coeficiente de conformação

superficial.

Figura 4.1 – Tirantes ensaiados – Detalhe fissura desconsiderada no cálculo do coeficiente de

aderência. Fonte: Arquivo pessoal.

169

A Figura 4.2 apresenta a comparação entre dois tirantes, um de concreto

convencional e o outro de concreto com resíduo de borracha.

Figura 4.2 – Tirantes Ensaiados – Comparação de Tirantes.


Os valores médios obtidos dos espaçamentos entre as fissuras são

apresentados na Tabela 4.1, na qual se encontram, também, os coeficientes de

variação das amostras (CV). O CV é uma análise preliminar dos dados obtidos em

um experimento que mede a variabilidade das observações. Geralmente, se os

dados de uma amostra têm um CV igual ou maior a 25% a sua qualidade é

considerada duvidosa. (COSTA NETO, 1977)

Tabela 4.1 – Espaçamento médio entre as fissuras (mm) e CV (%).

desvio

X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 XM padrão

7,75 8,57 8,91 7,21 8,22 7,46 8,15 8,05 7,56 7,43 0,547 7,37

6,93 8,11 8,36 7,67 7,96 7,22 8,03 8,62 7,59 7,94 0,537 6,76

Espaçamento médio entre fissuras - 28 diasC.V.

com resíduo

convencional

12,5mm

onde:

= diâmetro da barra;

X1, X2, X3,..., X9 = são os números de cada tirantes ensaiados;

XM = média dos nove tirantes, e

CV = coeficiente de variação da amostra.

170

Analisando a Tabela 4.1 verifica-se que os dois tipos de concreto analisados

apresentaram um coeficiente de variação muito inferior a 25%, conclui-se então ,que

os resultados obtidos têm uma boa qualidade quanto à variabilidade, e que o

coeficiente de variação obtido para o concreto convencional foi menor do que o

obtido para o concreto com adição de resíduos de borracha, fato este observado

também por França (2004).

Concluída a análise preliminar dos resultados, procedeu-se ao cálculo do

coeficiente de conformação superficial, para cada tirante, de acordo com a norma

NBR 7477 (ABNT, 1982), utilizando-se a equação (4.1). A Tabela 4.2 mostra os

resultados obtidos.

médio

d.25,2

(4.1)

onde:

= coeficiente de conformação superficial;

d = largura da seção do tirante, e

médio = distância media entre fissuras, considerando as quatro faces.

Tabela 4.2 – Coeficiente de conformação superficial das barras estudadas.

Coeficiente de Conformação Superficial

12,5mm X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 η (médio)

com resíduo 1,57 1,42 1,36 1,69 1,48 1,63 1,49 1,51 1,61 1,53

convencional 1,75 1,50 1,45 1,58 1,53 1,68 1,51 1,41 1,60 1,56

Analisando a Tabela 4.2 pode-se observar que o coeficiente de conformação

superficial do concreto com utilização de resíduos é menor que do concreto

convencional, verificando-se que a incorporação do resíduo de borracha provocou

um pequeno decréscimo no coeficiente de 1,92%.

A NBR 7480 (ABNT, 2007) estabelece que o coeficiente de conformação

superficial deva ser maior ou igual a 1,5. Para ambos os concretos o valor obtido foi

171

superior. Portanto, com a execução deste ensaio constatou-se a boa aderência aço-

concreto, possibilitando, desta forma, a instrumentação de barras de aço sem

maiores preocupações.

Como foi descrito no capítulo 2, é possível determinar a tensão média de

aderência a partir do espaçamento médio da fissuras, segundo Catro (2000), pela

expressão apresentada no referido capítulo como Equação 2.4, que segue

reproduzida.

.

X

f.375,0

m

ctm

onde:

m = tensão média de aderência;

fct = resistência à tração simples do concreto;

Xm = distância média entre fissuras;

= diâmetro da barra, e

= As/Ac

A Tabela 4.3 apresenta os resultados obtidos com a equação acima, para os

dois tipos de concreto estudados.

Tabela 4.3 – Tensão média de aderência

Tensão média de aderência (MPa)

segundo Castro (2000) – 28 dias

(mm)

concreto concreto

c/ resíduo convencional

12,5 4,11 4,82

Observar também que para o concreto com resíduos de borracha a tensão

média de aderência decréscimos em relação ao concreto convencional é de 14,73%.

172

Isso já era esperado, pois no cálculo da tensão utiliza-se a resistência à tração, que

também sofreu decréscimo com a incorporação do resíduo de borracha.

Com os resultados apresentados, observa-se que o concreto convencional e

o concreto com resíduo de borracha apresentaram um comportamento mecânico

muito semelhante em relação à aderência aço-concreto, atendendo aos valores

especificados pela NBR 7480 (ABNT, 2007).

4.2 CONCRETOS UTILIZADOS NAS ESTACAS

Foram confeccionados corpos de prova para os dois tipos de concreto

(convencional e com resíduo de borracha) utilizados na confecção das estacas de

teste no campo, os quais foram ensaiados nas idades de 7, 28 e 56 dias. As Tabelas

4.4 e 4.5 apresentam os resultados obtidos.

Tabela 4.4 – Valores obtidos nos ensaios de resistência à compressão dos concretos.

Corpos de prova

Cilíndricos

10 cm x 20 cm

Resistência à Compressão (MPa)


Concreto

Convencional

24,30 35,90 38,45

26,90 34,69 41,22

27,10 41,61 40,93

Média ± Desvio 26,1 ± 1,56 37,4 ± 3,70 40,2 ± 1,52

Coeficiente de

Variação 5,98% 9,88% 3,79%

Concreto com

Resíduos

21,41 26,87 33,56

23,82 28,99 32,50

24,97 30,24 29,34

Média ± Desvio 23,4 ± 1,82 28,7 ± 1,70 31,8 ± 2,20

Coeficiente de

Variação 7,76% 5,94% 6,90%

173

Tabela 4.5 - Valores obtidos para o módulo de elasticidade dos concretos.

Corpos de prova

Cilíndricos

10 cm x 20 cm

Módulo de Elasticidade (GPa)


Concreto

Convencional

27,38 35,72 34,32

26,80 32,21 38,65

32,54 33,47 37,43

Média ± Desvio 28,9 ± 3,16 33,8 ± 1,78 36,8 ± 2,23

Coeficiente de

Variação 10,93% 5,26% 6,07%

Concreto com

Resíduos

24,70 32,18 27,56

26,71 28,90 32,15

24,79 25,92 30,89

Média ± Desvio 25,4 ± 1,14 29,0 ± 3,13 30,2 ± 2,37

Coeficiente de

Variação 4,47% 10,80% 7,85%

Para a idade de 28 dias o concreto com resíduo de borracha apresentou uma

redução de 23,3% na resistência à compressão e de 14,2% no módulo de

deformação, quando comparado ao concreto convencional. No entanto, atende a

resistência mínima de 20 MPa estipulada pela NBR 6122 (ABNT, 2010) para estacas

de concreto moldadas in loco. Vale ressaltar que essa composição foi escolhida para

atender a referida norma, aplicando o fator redutor de 0,85 para levar em conta a

diferença entre os resultados de ensaios rápidos de laboratório e a resistência sob a

ação de cargas de longa duração.

As Figuras 4.3 e 4.4 ilustram a evolução da resistência à compressão média e

o módulo de elasticidade, respectivamente para as idades de 7, 28 e 56 dias.

174

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 10 20 30 40 50 60

fcj (

MP

a)

dias

Resistência à Compressão

concreto convencional concreto com resíduo

Figura 4.3 - Resistência à Compressão.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 10 20 30 40 50 60

E (G

Pa)

dias

Módulo de Deformação

concreto com residuo concreto convencional

Figura 4.4 - Módulo de Deformação.

Houve variações nas características do concreto quando realizado em

laboratório e em relação ao do campo. Esse comportamento era esperado, pois o

controle dos materiais em laboratório é mais rígido, a maior variação foi em média de

14%.

175

4.3 PROVAS DE CARGA ESTÁTICA

Como previamente descrito optou-se pela prova de carga do tipo rápida

(QML – Quick Maintend Load), seguindo as prescrições da NBR-12131 (ABNT,

2006).

As provas de carga foram conduzidas até a carga de ruptura (Qr),

registrando-se em todos os ensaios deslocamentos superiores a 120 mm. Atingida a

carga de ruptura e estabilizados os recalques, procedeu-se ao descarregamento em

quatro estágios, seguindo as orientações da NBR 12131 (ABNT, 2006).

Neste item são apresentados os resultados obtidos nas provas de carga,

realizadas com as três estacas de concreto e as três estacas de concreto com

resíduos de borracha.

Os níveis (pontos) instrumentados das estacas permitiram a análise da

deformabilidade das mesmas, bem como a transferência de carga destas ao solo.

Para facilitar foi adotada uma nomenclatura para cada prova de carga, a

qual é mostrada na Tabela 4.6.

Tabela 4.6 – Nomenclatura utilizada para as estacas nas provas de carga.

Ensaio Descrição

PC-1 (C) Prova de carga – Estaca 1 confeccionada em concreto convencional

PC-2 (C+B) Prova de carga – Estaca 2 confeccionada em concreto com resíduo de borracha





A realização das provas de carga permitiu obter informações importantes,

como: comportamento carga-deslocamento das estacas, transferência de carga da

estaca ao longo da profundidade e comportamento carga-deformação das estacas.

176

4.3.1 – Comportamento Carga-Deslocamento

A realização das provas de carga permitiu montar duas tabelas com valores

de carga e de deslocamento (recalque). Uma para as estacas de concreto

convencional e outra para as de concreto com borracha, mostradas nas Tabelas 4.7

e 4.8, respectivamente.

Tabela 4.7 – Carga aplicada e deslocamentos sofridos – Estacas de concreto convencional (C).

PC-1 (C) PC-3 (C) PC-5 (C)

Carga (kN) mm Carga (kN) mm Carga (kN) mm

0 0,00 0 0,00 0 0,00

10 0,05 10 0,05 10 0,06

20 0,12 20 0,13 20 0,14

30 0,21 30 0,27 30 0,31

40 0,44 40 0,49 40 0,53

50 1,03 50 1,09 50 1,26

60 3,12 60 2,19 60 3,28

70 7,40 70 6,54 70 8,71

80 14,92 80 13,09 80 17,42

90 25,00 90 22,50 90 27,72

100 36,40 100 31,82 100 40,00

110 44,47 110 42,01 110 45,22

120 45,96 120 47,15 120 46,84

130 46,88 130 47,75 130 47,71

140 47,51 140 48,42 140 48,40

150 48,11 150 48,79 150 49,12

160 48,40 160 49,13 160 50,55

170 48,64 170 49,38 170 51,79

180 49,25 180 49,90 180 52,88

190 50,27 190 50,82 190 54,37

200 51,39 200 51,28 200 55,95

210 53,09 210 51,91 210 58,13

220 55,75 220 53,58 220 61,40

230 59,99 230 55,52 230 67,28

240 69,10 240 59,42 240 77,20

250 92,06 250 73,39 250 95,70

250 133,27 260 96,81 250 129,41

190 132,99 260 135,52 190 129,30

130 132,46 190 135,32 130 129,11

70 131,53 130 135,08 70 128,80

0 130,72 70 134,53 0 128,26

— — 0 133,54 — —

= deslocamento (recalque).

177

Tabela 4.8 – Carga aplicada e deslocamento – Estaca concreto com borracha (C+B).

PC-2 (C+B) PC-4 (C+B) PC-6 (C+B)

Carga (kN) (mm) Carga (kN) (mm) Carga (kN) (mm)

0 0,00 0 0,00 0 0,00

10 0,01 10 0,01 10 0,01

20 0,02 20 0,04 20 0,02

30 0,03 30 0,08 30 0,03

40 0,05 40 0,04 40 0,04

50 1,12 50 1,21 50 1,13

60 3,23 60 3,29 60 3,24

70 7,51 70 7,59 70 7,54

80 15,26 80 15,41 80 15,37

90 26,12 90 26,32 90 26,19

100 39,89 100 40,10 100 39,89

110 44,20 110 44,39 110 44,09

120 46,56 120 46,33 120 46,28

130 47,83 130 47,38 130 47,72

140 48,42 140 48,53 140 48,27

150 48,88 150 49,32 150 48,61

160 49,15 160 50,03 160 48,94

170 50,25 170 51,14 170 50,01

180 51,17 180 52,33 180 50,84

190 52,26 190 53,43 190 51,92

200 54,23 200 55,49 200 54,07

210 58,18 210 61,82 210 58,86

220 64,11 220 74,42 220 64,26

230 74,98 230 91,77 230 76,74

240 94,85 230 129,22 230 124,86

240 130,22 190 128,93 190 123,11

190 128,57 130 128,74 130 122,54

130 128,11 70 128,51 70 121,99

70 127,79 0 128,40 0 121,72

0 127,43 — — — —

= deslocamento (recalque).

178

Com os valores das Tabela 4.7 e 4.8 foram confeccionados os gráficos de

carga versus deslocamento, mostrados nas Figuras 4.5 e 4.6.

Figura 4.5 – Curvas carga versus deslocamento – Estacas em concreto convencional.

As curvas obtidas nas provas de carga com as estacas de concreto

convencional (Figura 4.5) apresentam uma boa concordância de comportamento.

179

Figura 4.6 – Curvas carga versus deslocamento – Estacas de concreto com resíduo de

borracha.

Analogamente, as curvas obtidas nas provas de carga com as estacas de

concreto com resíduo de borracha (Figura 4.6) também apresentaram uma boa

concordância de comportamento.

4.3.2 – Transferência de Carga Estaca-Solo

Para uma melhor avaliação das cargas desenvolvidas na estaca ao longo de

sua profundidade, bem como a transferência desta para o solo de fundação, as

estacas foram instrumentadas em três pontos de profundidades diferentes (0,30 m,

1,20 m e 5,70 m), tal como pode ser visto na Figura 6.7.

180

5,7

0

1,2

0

0,3

0

Nível -1

Nível -2

Nível -3

Trecho -1

Trecho -2

Figura 4.7 – Níveis de instrumentação e definição dos trechos.

Os pontos instrumentados forneceram os valores das deformações das

estacas em cada um dos níveis instrumentados (profundidades 0,3 m, 1,2 m e 5,7

m), com as quais foi possível determinar as cargas atuantes nos mesmos níveis,

como se pode observar nas Tabelas 4.9 a 4.11 (estacas de concreto convencional) e

4.12 a 4.14 (estacas de concreto com borracha).

181

Tabela 4.9 – Valores de cargas obtidos para cada nível instrumentado, durante os estágios de

carregamento – Estaca 1 (concreto convencional).

Carga

(kN)

Nível 1 (0,30 m) Nível 2 (1,20 m) Nível 3 (5,70 m)

(x 10-6) Q1 (kN) (x 10-6) Q2 (kN) (x 10-6) Q3 (kN)

0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

10 3,7 9,6 0,0 0,0 0,0 0,0

20 7,6 19,7 0,0 0,0 0,0 0,0

30 11,4 29,6 0,0 0,0 0,0 0,0

40 15,2 39,5 2,9 7,5 0,0 0,0

50 19,0 49,5 6,7 17,5 0,0 0,0

60 22,9 59,7 10,7 27,9 0,0 0,0

70 26,8 69,7 14,3 37,3 0,0 0,0

80 30,6 79,7 18,1 47,0 0,0 0,0

90 34,5 89,6 21,8 56,7 0,0 0,0

100 38,3 99,7 25,3 65,9 0,0 0,0

110 42,1 109,6 29,3 76,2 0,0 0,0

120 46,0 119,7 32,8 85,3 0,0 0,0

130 49,8 129,6 36,6 95,1 0,0 0,0

140 53,8 139,8 41,7 108,5 0,0 0,0

150 57,5 149,6 44,2 114,9 0,0 0,0

160 61,5 159,8 47,8 124,3 0,0 0,0

170 65,3 169,8 51,5 133,9 0,0 0,0

180 69,1 179,8 55,2 143,5 0,0 0,0

190 73,0 189,8 59,0 153,4 0,0 0,0

200 76,8 199,8 63,0 163,9 0,0 0,0

210 80,7 209,9 67,0 174,4 1,0 2,5

220 84,5 219,8 71,1 184,9 5,0 13,1

230 88,3 229,8 75,1 195,4 9,0 23,3

240 92,2 239,7 79,2 205,9 13,0 33,8

250 96,0 249,7 83,2 216,4 17,6 45,7

Qi = carga atuante no nível i; i = deformação no nível i, e Nível i = profundidade do nível i (m).

182



Carga

(kN)


(x 10-6) Q1 (kN) (x 10-6) Q2 (kN) (x 10-6) Q3 (kN)

0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

10 3,7 9,5 0,0 0,0 0,0 0,0

20 7,5 19,4 0,0 0,0 0,0 0,0

30 11,4 29,6 0,0 0,0 0,0 0,0

40 15,2 39,5 2,9 7,6 0,0 0,0

50 19,0 49,4 6,7 17,4 0,0 0,0

60 23,0 59,7 10,6 27,6 0,0 0,0

70 26,8 69,6 14,5 37,6 0,0 0,0

80 30,4 79,2 18,3 47,5 0,0 0,0

90 34,4 89,4 22,1 57,6 0,0 0,0

100 38,1 99,1 25,9 67,4 0,0 0,0

110 42,0 109,2 29,8 77,4 0,0 0,0

120 45,9 119,4 33,6 87,3 0,0 0,0

130 49,6 129,1 37,4 97,2 0,0 0,0

140 53,6 139,4 41,3 107,3 0,0 0,0

150 57,4 149,4 45,1 117,2 0,0 0,0

160 61,2 159,3 48,9 127,2 0,0 0,0

170 65,1 169,4 52,7 137,1 0,0 0,0

180 69,0 179,6 56,6 147,2 0,0 0,0

190 72,9 189,5 60,5 157,3 0,0 0,0

200 76,8 199,8 64,4 167,6 0,0 0,0

210 80,5 209,4 68,2 177,4 2,0 5,3

220 84,5 219,7 72,1 187,5 5,9 15,4

230 88,3 229,6 75,9 197,5 9,8 25,4

240 92,1 239,5 79,8 207,5 13,6 35,5

250 96,0 249,6 83,6 217,4 17,5 45,4

260 99,8 259,6 87,5 227,5 21,3 55,4


183



Carga

(kN)


(x 10-6) Q1 (kN) (x 10-6) Q2 (kN) (x 10-6) Q3 (kN)

0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

10 3,6 9,4 0,0 0,0 0,0 0,0

20 7,5 19,5 0,0 0,0 0,0 0,0

30 11,3 29,5 0,0 0,0 0,0 0,0

40 15,2 39,6 2,9 7,5 0,0 0,0

50 19,0 49,4 6,7 17,4 0,0 0,0

60 22,9 59,5 10,5 27,4 0,0 0,0

70 26,7 69,4 14,4 37,4 0,0 0,0

80 30,5 79,4 18,3 47,5 0,0 0,0

90 34,4 89,5 22,1 57,5 0,0 0,0

100 38,3 99,5 25,9 67,4 0,0 0,0

110 42,1 109,5 29,8 77,5 0,0 0,0

120 45,9 119,4 33,6 87,5 0,0 0,0

130 49,8 129,5 37,4 97,4 0,0 0,0

140 53,7 139,6 41,3 107,5 0,0 0,0

150 57,5 149,5 45,2 117,5 0,0 0,0

160 61,3 159,5 49,0 127,4 0,0 0,0

170 65,2 169,5 52,8 137,3 0,0 0,0

180 69,0 179,6 56,6 147,3 0,0 0,0

190 72,8 189,4 60,4 157,1 0,0 0,0

200 76,7 199,4 64,2 167,0 0,0 0,0

210 80,5 209,5 68,1 177,2 2,0 5,1

220 84,3 219,4 71,9 187,1 5,8 15,1

230 88,3 229,6 75,8 197,2 9,6 25,0

240 92,1 239,5 79,7 207,4 13,5 35,2

250 96,0 249,6 83,6 217,4 17,3 45,1


184


carregamento – Estaca 2 (concreto com borracha).

Carga

(kN)


(x 10-6) Q1 (kN) (x 10-6) Q2 (kN) (x 10-6) Q3 (kN)

0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

10 4,6 9,8 0,0 0,0 0,0 0,0

20 9,3 19,8 0,0 0,0 0,0 0,0

30 13,9 29,7 0,0 0,0 0,0 0,0

40 18,6 39,7 3,7 7,9 0,0 0,0

50 23,3 49,7 8,4 18,0 0,0 0,0

60 28,0 59,8 13,1 27,9 0,0 0,0

70 32,7 69,8 17,7 37,8 0,0 0,0

80 37,3 79,7 22,4 47,9 0,0 0,0

90 42,0 89,6 27,0 57,7 0,0 0,0

100 46,8 99,8 31,8 67,8 0,0 0,0

110 51,4 109,7 36,5 78,0 0,0 0,0

120 56,1 119,8 41,1 87,8 0,0 0,0

130 60,8 129,8 45,9 97,9 0,0 0,0

140 65,5 139,8 50,4 107,6 0,0 0,0

150 70,2 149,7 55,3 118,0 0,0 0,0

160 74,9 159,8 59,9 127,8 0,0 0,0

170 79,6 169,8 64,6 137,8 0,0 0,0

180 84,3 179,8 69,3 147,9 0,0 0,0

190 88,9 189,8 73,9 157,8 0,0 0,1

200 93,6 199,8 78,6 167,8 3,5 7,4

210 98,3 209,8 83,3 177,9 8,2 17,6

220 102,9 219,6 88,0 187,8 12,9 27,6

230 107,6 229,7 92,7 197,8 17,7 37,7

240 112,3 239,8 97,3 207,8 22,3 47,6


185



Carga

(kN)


(x 10-6) Q1 (kN) (x 10-6) Q2 (kN) (x 10-6) Q3 (kN)

0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

10 4,5 9,7 0,0 0,0 0,0 0,0

20 9,2 19,7 0,0 0,0 0,0 0,0

30 14,0 29,8 0,0 0,0 0,0 0,0

40 18,6 39,8 4,5 9,7 0,0 0,0

50 23,3 49,7 9,2 19,6 0,0 0,0

60 28,0 59,7 13,9 29,6 0,0 0,0

70 32,7 69,7 18,5 39,5 0,0 0,0

80 37,3 79,7 23,1 49,4 0,0 0,0

90 42,1 89,8 27,8 59,4 0,0 0,0

100 46,7 99,7 32,6 69,5 0,0 0,0

110 51,3 109,6 37,2 79,4 0,0 0,0

120 56,1 119,7 41,9 89,4 0,0 0,0

130 60,8 129,8 46,6 99,5 0,0 0,0

140 65,5 139,8 51,3 109,6 0,0 0,0

150 70,1 149,7 56,0 119,6 0,0 0,0

160 74,9 159,8 60,7 129,5 0,0 0,0

170 79,5 169,7 65,4 139,6 0,0 0,0

180 84,2 179,8 70,1 149,7 0,0 0,0

190 88,8 189,6 74,8 159,6 3,5 7,5

200 93,5 199,6 79,4 169,5 8,3 17,7

210 98,1 209,5 84,1 179,6 12,8 27,3

220 102,8 219,4 88,7 189,4 18,2 38,8

230 107,3 229,0 93,3 199,2 22,6 48,2


186

Tabela 4.14– Valores de cargas obtidos para cada nível instrumentado, durante os estágios de


Carga

(kN)


(x 10-6) Q1 (kN) (x 10-6) Q2 (kN) (x 10-6) Q3 (kN)

0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

10 4,5 9,7 0,0 0,0 0,0 0,0

20 9,2 19,7 0,0 0,0 0,0 0,0

30 13,9 29,7 0,0 0,0 0,0 0,0

40 18,6 39,8 4,5 9,7 0,0 0,0

50 23,3 49,7 9,2 19,6 0,0 0,0

60 28,0 59,8 13,9 29,6 0,0 0,0

70 32,7 69,7 18,5 39,5 0,0 0,0

80 37,4 79,8 23,2 49,6 0,0 0,0

90 42,1 89,8 27,8 59,4 0,0 0,0

100 46,8 99,8 32,5 69,4 0,0 0,0

110 51,4 109,7 37,2 79,4 0,0 0,0

120 56,1 119,7 41,9 89,5 0,0 0,0

130 60,8 129,8 46,6 99,4 0,0 0,0

140 65,5 139,8 51,4 109,7 0,0 0,0

150 70,1 149,7 56,0 119,6 0,0 0,0

160 74,8 159,7 60,6 129,4 0,0 0,0

170 79,5 169,8 65,4 139,6 0,0 0,0

180 84,2 179,8 70,1 149,7 0,0 0,0

190 88,9 189,8 74,6 159,3 2,6 5,6

200 93,6 199,8 79,5 169,6 7,1 15,2

210 98,3 209,8 84,1 179,6 11,8 25,2

220 103,0 219,8 88,8 189,5 16,5 35,3

230 107,7 229,8 93,5 199,6 21,0 44,9


Tomando-se a carga atuante em cada nível instrumentado pode-se

determinar no trecho entre dois níveis o atrito lateral no contato estaca-solo, para

cada estaca, conforme se vê na Tabela 4.15 (estacas de concreto) e 4.16 (estacas

de concreto com borracha).

187

Tabela 4.15 – Atrito lateral no contato solo-estaca nos trechos 1 e 2 –

Estacas 1, 3 e 5 (concreto convencional).

Carga

(kN)

A t r i t o L a t e r a l ( kPa )

Estaca 1 – PC-1 (C) Estaca 3 – PC-3 (C) Estaca 5 – PC-5 (C)

Trecho 1 Trecho 2 Trecho 1 Trecho 2 Trecho 1 Trecho 2

0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

10 11,3 0,0 11,2 0,0 11,1 0,0

20 23,2 0,0 22,9 0,0 23,0 0,0

30 34,9 0,0 34,9 0,0 34,8 0,0

40 37,8 1,8 37,6 1,8 37,8 1,8

50 37,7 4,1 37,7 4,1 37,7 4,1

60 37,5 6,6 37,8 6,5 37,8 6,5

70 38,2 8,8 37,7 8,9 37,7 8,8

80 38,5 11,1 37,4 11,2 37,6 11,2

90 38,8 13,4 37,5 13,6 37,7 13,6

100 39,8 15,5 37,4 15,9 37,8 15,9

110 39,4 18,0 37,5 18,3 37,7 18,3

120 40,5 20,1 37,8 20,6 37,6 20,6

130 40,7 22,4 37,6 22,9 37,8 23,0

140 37,0 25,6 37,8 25,3 37,8 25,3

150 40,9 27,1 38,0 27,6 37,7 27,7

160 41,9 29,3 37,8 30,0 37,8 30,0

170 42,3 31,6 38,1 32,3 38,0 32,4

180 42,8 33,8 38,2 34,7 38,1 34,7

190 42,9 36,2 38,0 37,1 38,1 37,0

200 42,4 38,6 38,0 39,5 38,2 39,4

210 41,9 40,5 37,7 40,6 38,1 40,6

220 41,1 40,5 38,0 40,6 38,1 40,6

230 40,6 40,6 37,8 40,6 38,2 40,6

240 39,8 40,6 37,7 40,6 37,8 40,6

250 39,3 40,2 38,0 40,6 38,0 40,6

260 — — 37,8 40,6 — —

188

Tabela 4.16 – Atrito lateral no contato solo-estaca nos trechos 1 e 2 –

Estacas 2, 4 e 6 (concreto com resíduo de borracha).

Carga

(kN)

A t r i t o L a t e r a l ( kPa )

Estaca 2 – PC-2 (C+B) Estaca 4 – PC-4 (C+B) Estaca 6 – PC-6 (C+B)

Trecho 1 Trecho 2 Trecho 1 Trecho 2 Trecho 1 Trecho 2

0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

10 11,6 0,0 11,4 0,0 11,4 0,0

20 23,3 0,0 23,2 0,0 23,2 0,0

30 35,0 0,0 35,1 0,0 35,0 0,0

40 37,5 1,9 35,5 2,3 35,5 2,3

50 37,4 4,2 35,5 4,6 35,5 4,6

60 37,6 6,6 35,5 7,0 35,6 7,0

70 37,7 8,9 35,6 9,3 35,6 9,3

80 37,5 11,3 35,7 11,6 35,6 11,7

90 37,6 13,6 35,8 14,0 35,8 14,0

100 37,7 16,0 35,6 16,4 35,8 16,4

110 37,4 18,4 35,6 18,7 35,7 18,7

120 37,7 20,7 35,7 21,1 35,6 21,1

130 37,6 23,1 35,7 23,5 35,8 23,4

140 38,0 25,4 35,6 25,8 35,5 25,9

150 37,4 27,8 35,5 28,2 35,5 28,2

160 37,7 30,1 35,7 30,5 35,7 30,5

170 37,7 32,5 35,5 32,9 35,6 32,9

180 37,7 34,9 35,5 35,3 35,5 35,3

190 37,7 37,2 35,4 35,9 36,0 36,2

200 37,7 37,8 35,5 35,8 35,6 36,4

210 37,6 37,8 35,3 35,9 35,6 36,4

220 37,5 37,8 35,4 35,5 35,7 36,4

230 37,6 37,8 35,1 35,6 35,6 36,5

240 37,7 37,8 — — — —

4.3.3 – Comportamento Tensão-Deformação

Os valores obtidos das cargas transferidas das estacas para o solo em cada

um dos níveis instrumentados (Tabelas 4.9 a 4.14), divididos pela área da seção

189

transversal das estacas (A ≈ 0,0707 m2) determina as tensões (i) que atuam nos

mesmos pontos. As mesmas tabelas também fornecem as deformações, com as

quais foram montadas as relações tensão-deformação para cada estaca, ao longo

dos estágios de carregamento (Tabelas 4.17 a 4.22).

Tabela 4.17 – Valores de tensão e deformação para cada nível instrumentado, durante os

estágios de carregamento – Estaca 1 (concreto convencional).

Carga

(kN)


1 (kPa) (x 10-6) 2 (kPa) (x 10-6) 3 (kPa) (x 10-6)

0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

10 0,14 3,7 0,00 0,0 0,00 0,0

20 0,28 7,6 0,00 0,0 0,00 0,0

30 0,42 11,4 0,00 0,0 0,00 0,0

40 0,56 15,2 0,11 2,9 0,00 0,0

50 0,70 19,0 0,25 6,7 0,00 0,0

60 0,84 22,9 0,39 10,7 0,00 0,0

70 0,99 26,8 0,53 14,3 0,00 0,0

80 1,13 30,6 0,66 18,1 0,00 0,0

90 1,27 34,5 0,80 21,8 0,00 0,0

100 1,41 38,3 0,93 25,3 0,00 0,0

110 1,55 42,1 1,08 29,3 0,00 0,0

120 1,69 46,0 1,21 32,8 0,00 0,0

130 1,83 49,8 1,35 36,6 0,00 0,0

140 1,98 53,8 1,54 41,7 0,00 0,0

150 2,12 57,5 1,63 44,2 0,00 0,0

160 2,26 61,5 1,76 47,8 0,00 0,0

170 2,40 65,3 1,89 51,5 0,00 0,0

180 2,54 69,1 2,03 55,2 0,00 0,0

190 2,68 73,0 2,17 59,0 0,00 0,0

200 2,83 76,8 2,32 63,0 0,00 0,0

210 2,97 80,7 2,47 67,0 0,04 1,0

220 3,11 84,5 2,62 71,1 0,19 5,0

230 3,25 88,3 2,76 75,1 0,33 9,0

240 3,39 92,2 2,91 79,2 0,48 13,0

250 3,53 96,0 3,06 83,2 0,65 17,6

i = tensão atuante no nível i; i = deformação no nível i, e Nível i = profundidade do nível i (m).

190

Tabela 4.18 – Valores de tensão e deformação para cada nível instrumentado, durante os

estágios de carregamento – Estaca 3 (concreto convencional).

Carga

(kN)


1 (kPa) (x 10-6) 2 (kPa) (x 10-6) 3 (kPa) (x 10-6)

0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

10 0,13 3,7 0,00 0,0 0,00 0,0

20 0,27 7,5 0,00 0,0 0,00 0,0

30 0,42 11,4 0,00 0,0 0,00 0,0

40 0,56 15,2 0,11 2,9 0,00 0,0

50 0,70 19,0 0,25 6,7 0,00 0,0

60 0,84 23,0 0,39 10,6 0,00 0,0

70 0,98 26,8 0,53 14,5 0,00 0,0

80 1,12 30,4 0,67 18,3 0,00 0,0

90 1,26 34,4 0,81 22,1 0,00 0,0

100 1,40 38,1 0,95 25,9 0,00 0,0

110 1,54 42,0 1,10 29,8 0,00 0,0

120 1,69 45,9 1,24 33,6 0,00 0,0

130 1,83 49,6 1,38 37,4 0,00 0,0

140 1,97 53,6 1,52 41,3 0,00 0,0

150 2,11 57,4 1,66 45,1 0,00 0,0

160 2,25 61,2 1,80 48,9 0,00 0,0

170 2,40 65,1 1,94 52,7 0,00 0,0

180 2,54 69,0 2,08 56,6 0,00 0,0

190 2,68 72,9 2,23 60,5 0,00 0,0

200 2,83 76,8 2,37 64,4 0,00 0,0

210 2,96 80,5 2,51 68,2 0,07 2,0

220 3,11 84,5 2,65 72,1 0,22 5,9

230 3,25 88,3 2,79 75,9 0,36 9,8

240 3,39 92,1 2,94 79,8 0,50 13,6

250 3,53 96,0 3,08 83,6 0,64 17,5

260 3,67 99,8 3,22 87,5 0,78 21,3


191



Carga

(kN)


1 (kPa) (x 10-6) 2 (kPa) (x 10-6) 3 (kPa) (x 10-6)

0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

10 0,13 3,6 0,00 0,0 0,00 0,0

20 0,28 7,5 0,00 0,0 0,00 0,0

30 0,42 11,3 0,00 0,0 0,00 0,0

40 0,56 15,2 0,11 2,9 0,00 0,0

50 0,70 19,0 0,25 6,7 0,00 0,0

60 0,84 22,9 0,39 10,5 0,00 0,0

70 0,98 26,7 0,53 14,4 0,00 0,0

80 1,12 30,5 0,67 18,3 0,00 0,0

90 1,27 34,4 0,81 22,1 0,00 0,0

100 1,41 38,3 0,95 25,9 0,00 0,0

110 1,55 42,1 1,10 29,8 0,00 0,0

120 1,69 45,9 1,24 33,6 0,00 0,0

130 1,83 49,8 1,38 37,4 0,00 0,0

140 1,97 53,7 1,52 41,3 0,00 0,0

150 2,12 57,5 1,66 45,2 0,00 0,0

160 2,26 61,3 1,80 49,0 0,00 0,0

170 2,40 65,2 1,94 52,8 0,00 0,0

180 2,54 69,0 2,08 56,6 0,00 0,0

190 2,68 72,8 2,22 60,4 0,00 0,0

200 2,82 76,7 2,36 64,2 0,00 0,0

210 2,96 80,5 2,51 68,1 0,07 2,0

220 3,10 84,3 2,65 71,9 0,21 5,8

230 3,25 88,3 2,79 75,8 0,35 9,6

240 3,39 92,1 2,93 79,7 0,50 13,5

250 3,53 96,0 3,08 83,6 0,64 17,3


192



Carga

(kN)


1 (kPa) (x 10-6) 2 (kPa) (x 10-6) 3 (kPa) (x 10-6)

0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

10 0,14 4,6 0,00 0,0 0,00 0,0

20 0,28 9,3 0,00 0,0 0,00 0,0

30 0,42 13,9 0,00 0,0 0,00 0,0

40 0,56 18,6 0,11 3,7 0,00 0,0

50 0,70 23,3 0,25 8,4 0,00 0,0

60 0,85 28,0 0,39 13,1 0,00 0,0

70 0,99 32,7 0,53 17,7 0,00 0,0

80 1,13 37,3 0,68 22,4 0,00 0,0

90 1,27 42,0 0,82 27,0 0,00 0,0

100 1,41 46,8 0,96 31,8 0,00 0,0

110 1,55 51,4 1,10 36,5 0,00 0,0

120 1,69 56,1 1,24 41,1 0,00 0,0

130 1,84 60,8 1,39 45,9 0,00 0,0

140 1,98 65,5 1,52 50,4 0,00 0,0

150 2,12 70,2 1,67 55,3 0,00 0,0

160 2,26 74,9 1,81 59,9 0,00 0,0

170 2,40 79,6 1,95 64,6 0,00 0,0

180 2,54 84,3 2,09 69,3 0,00 0,0

190 2,68 88,9 2,23 73,9 0,00 0,0

200 2,83 93,6 2,37 78,6 0,10 3,5

210 2,97 98,3 2,52 83,3 0,25 8,2

220 3,11 102,9 2,66 88,0 0,39 12,9

230 3,25 107,6 2,80 92,7 0,53 17,7

240 3,39 112,3 2,94 97,3 0,67 22,3


193

Tabela 4.21– Valores de cargas obtidos para cada nível instrumentado, durante os estágios de


Carga

(kN)


1 (kPa) (x 10-6) 2 (kPa) (x 10-6) 3 (kPa) (x 10-6)

0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

10 0,14 4,5 0,00 0,0 0,00 0,0

20 0,28 9,2 0,00 0,0 0,00 0,0

30 0,42 14,0 0,00 0,0 0,00 0,0

40 0,56 18,6 0,14 4,5 0,00 0,0

50 0,70 23,3 0,28 9,2 0,00 0,0

60 0,84 28,0 0,42 13,9 0,00 0,0

70 0,99 32,7 0,56 18,5 0,00 0,0

80 1,13 37,3 0,70 23,1 0,00 0,0

90 1,27 42,1 0,84 27,8 0,00 0,0

100 1,41 46,7 0,98 32,6 0,00 0,0

110 1,55 51,3 1,12 37,2 0,00 0,0

120 1,69 56,1 1,26 41,9 0,00 0,0

130 1,84 60,8 1,41 46,6 0,00 0,0

140 1,98 65,5 1,55 51,3 0,00 0,0

150 2,12 70,1 1,69 56,0 0,00 0,0

160 2,26 74,9 1,83 60,7 0,00 0,0

170 2,40 79,5 1,97 65,4 0,00 0,0

180 2,54 84,2 2,12 70,1 0,00 0,0

190 2,68 88,8 2,26 74,8 0,11 3,5

200 2,82 93,5 2,40 79,4 0,25 8,3

210 2,96 98,1 2,54 84,1 0,39 12,8

220 3,10 102,8 2,68 88,7 0,55 18,2

230 3,24 107,3 2,82 93,3 0,68 22,6


194



Carga

(kN)


1 (kPa) (x 10-6) 2 (kPa) (x 10-6) 3 (kPa) (x 10-6)

0 0,00 0,0 0,00 0,0 0,00 0,0

10 0,14 4,5 0,00 0,0 0,00 0,0

20 0,28 9,2 0,00 0,0 0,00 0,0

30 0,42 13,9 0,00 0,0 0,00 0,0

40 0,56 18,6 0,14 4,5 0,00 0,0

50 0,70 23,3 0,28 9,2 0,00 0,0

60 0,85 28,0 0,42 13,9 0,00 0,0

70 0,99 32,7 0,56 18,5 0,00 0,0

80 1,13 37,4 0,70 23,2 0,00 0,0

90 1,27 42,1 0,84 27,8 0,00 0,0

100 1,41 46,8 0,98 32,5 0,00 0,0

110 1,55 51,4 1,12 37,2 0,00 0,0

120 1,69 56,1 1,27 41,9 0,00 0,0

130 1,84 60,8 1,41 46,6 0,00 0,0

140 1,98 65,5 1,55 51,4 0,00 0,0

150 2,12 70,1 1,69 56,0 0,00 0,0

160 2,26 74,8 1,83 60,6 0,00 0,0

170 2,40 79,5 1,97 65,4 0,00 0,0

180 2,54 84,2 2,12 70,1 0,00 0,0

190 2,69 88,9 2,25 74,6 0,08 2,6

200 2,83 93,6 2,40 79,5 0,22 7,1

210 2,97 98,3 2,54 84,1 0,36 11,8

220 3,11 103,0 2,68 88,8 0,50 16,5

230 3,25 107,7 2,82 93,5 0,64 21,0


195

CAPITULO 5 – ANÁLISE DOS RESULTADOS

Neste capítulo estão contidas a análise e a discussão dos resultados

obtidos: (a) nos ensaios mecânicos realizados com os tirantes, para avaliação da

aderência aço-concreto (convencional e com incorporação do resíduo de borracha),

e (b) nas provas de carga.

5.1 ADERÊNCIA AÇO-CONCRETO

A avaliação da aderência entre o aço e o concreto é primordial para a

utilização dos tirantes de aço como barras instrumentadas, pois caso haja

escorregamento da barra no interior do concreto as medidas de deformação

registradas ficam tão somente válidas para as barras, não podendo ser estendidas

para o concreto.

A aderência aço-concreto é medida pelo coeficiente de conformação

superficial (), com determinação definida pela norma NBR 7477 (ABNT, 1982). Por

sua vez a norma NBR 7480 (ABNT, 2007) estabelece que o coeficiente de

conformação superficial deva ser maior ou igual a 1,5. A Tabela 5.1 mostra os

valores médios do coeficiente de conformação superficial obtido para os dois tipos

de concreto (convencional e com incorporação de resíduo de borracha).

Tabela 5.1 – Coeficientes de conformação superficial ().

Barra de aço ( 12,5mm) Obs.

Concreto Convencional 1,56 ≥ 1,5 (Ok!)

Com resíduo 1,53 ≥ 1,5 (Ok!)

Portanto, para os dois tipos de concreto o valor mínimo do coeficiente de

conformação superficial () foi atendido, com isso temos assegurada a aderência

aço-concreto.

196


Neste item é apresentada a análise dos resultados obtidos nas provas de

carga do tipo rápida (QML – Quick Maintend Load), seguindo as prescrições da

NBR-12131 (ABNT, 2006).

Com a execução do ensaio chegou-se aos resultados que são descritos ao

longo deste capitulo. Vale salientar que o objetivo principal deste trabalho é a

avaliação do comportamento do concreto com resíduo de borracha quanto a sua

utilização em estacas do tipo escavada de pequeno diâmetro.

As estacas foram instrumentadas em três pontos de profundidades

diferentes (0,30 m, 1,20 m e 5,70 m) com o objetivo de proporcionar uma melhor

avaliação das cargas desenvolvidas na estaca ao longo de sua profundidade, bem

como a transferência desta para o solo de fundação. Esta mesma instrumentação

também possibilitou avaliar e analisar o comportamento das estacas quanto à

deformabilidade, tendo em vista que foram utilizados dois tipos de concreto: o

convencional e o concreto com resíduo de borracha.

5.2.1 – Comportamento Carga-Deslocamento

Com os resultados obtidos nas provas de carga levadas até a ruptura

(Tabelas 4.7 e 4.8) foi possível construir as curvas de carga versus recalque para as

seis estacas de teste (Figura 5.1), sendo que as impares 1, 3 e 5 foram

confeccionadas com o concreto convencional e as pares 2, 4 e 6 de concreto com

resíduo de borracha.

197

Figura 5.1 – Curvas de carga versus recalque dos dois tipos de estacas.

Observando a Figura 5.1 verifica-se que as curvas de carga versus recalque,

dos dois tipos de estaca, apresentam uma boa concordância de comportamento.

Ambas apresentaram praticamente o mesmo recalque comparado até

carregamentos em torno de 150 kN. Para cargas superiores observa-se que os

deslocamentos para as estaca com borracha tornam-se levemente superiores, em

média 22% em comparação aos deslocamentos das estacas de concreto

convencional.

198

Segantini (1993) executou no mesmo campo experimental uma estaca de

concreto apiloada com diâmetro de 0,40 m e 6 n de comprimento. Foi inserida na

ponta da estaca uma placa de isopor de 25 mm buscando, com este procedimento,

fazer com que os carregamentos iniciais aplicados à estaca mobilizassem tão

somente a resistência lateral, para depois mobilizar a ponta da estaca. Executou-se

a prova de carga rápida e obteve-se a curva de carga x recalque ilustrada na figura

5.2.

Figura 5.2 – Curvas carga versus recalque.

Fonte: Segantini (1993).

Observou-se que após o deslocamento referente aos 25 mm correspondente

a espessura do isopor houve uma inflexão da curva carga versus recalque, que de

acordo com o autor, corresponde à mobilização da resistência de ponta.

Inflexões bem mais pronunciadas foram verificadas nesta pesquisa próximas

a um deslocamento de 42 mm, vale lembrar que foi colocada na ponta das estacas

uma placa de isopor de 50 mm, portanto em um ponto próximo a esta inflexão

iniciou-se a contribuição da ponta da estaca na capacidade de carga.

199

Na Tabela 5.2 são apresentadas as cargas de ruptura obtidas nas três

provas de carga realizadas com as estacas de concreto. O valor médio foi da ordem

de 250 kN com um desvio de 6 kN, verificando-se uma pequena dispersão (máximo

de 4%).

Tabela 5.2 – Cargas de ruptura obtidas nas provas de carga PC-1 (C), PC-3 (C) e PC-5(C).

Prova de Carga Data D (cm) L (m) Qr (kN) rQ (kN)

PC-1 (C) 19.01.2012

30 6

250

253,3 PC-3 (C) 22.01.2012 260

PC-5 (C) 25.01.2012 250

D: diâmetro da estaca; L: comprimento da estaca, e Qr: carga de ruptura.

Já, na Tabela 5.3 são apresentadas as cargas de ruptura obtidas nas três

provas de carga realizadas com as estacas de concreto com resíduo de borracha. O

valor médio foi da ordem de 230 kN com um desvio de 6 kN, verificando-se uma

pequena dispersão (máximo de 5%).

Tabela 5.3 – Cargas de ruptura obtidas nas provas de carga PC-2 (C+B), PC-4 (C+B) e PC-6

(C+B).

Prova de Carga Data D (cm) L (m) Qr (kN) rQ (kN)

PC-2 (C+B) 19.01.2012

30 6

240

233,3 PC-4 (C+B) 22.01.2012 230

PC-6 (C+B) 25.01.2012 230

D: diâmetro da estaca; L: comprimento da estaca, e Qr: carga de ruptura.

Analisando as Tabelas 5.2 e 5.3 verificou-se uma pequena dispersão (8%)

entre os valores das cargas de ruptura média das estacas de concreto convencional

e estacas de concreto com borracha. Valores tão pequenos de dispersão não são

comuns, mas tem-se alguns casos similares, em estacas escavadas de pequeno

diâmetro sem uso de fluido estabilizante:

200

(a) Segantini (1996) realizou provas de carga rápida em três estacas

escavadas com 0,25 m de diâmetro e comprimento de 6 m, no Campus

Experimental de Fundações da Unesp – Ilha Solteira (SP), obtendo as

respectivas cargas de ruptura 188, 256 e 224 kN, portanto uma

dispersão máxima de 15% nos resultados

(b) Segantini (2000) fez provas de carga lenta em três estacas escavadas

com 0,32 m de diâmetro e comprimento de 10 m, no Campus

Experimental de Fundações da Unesp – Ilha Solteira (SP), obtendo as


dispersão máxima de 9% nos resultados, e

(c) Albuquerque et al. (2006) realizaram provas de carga rápida em três

estacas escavadas com 0,40 m de diâmetro e comprimento de 12 m,

instaladas no Campo Experimental de Fundações da Unicamp –

Campinas (SP), obtendo as respectivas cargas de ruptura 684, 670 e

693 kN, portanto uma dispersão máxima de 2% nos resultados;

(d) Scallet (2011) fez provas de carga rápida em três estacas escavadas

com 0,25 m de diâmetro e comprimento de xx m, instaladas no Campo

Experimental de Fundações da Unicamp – Campinas (SP), obtendo as


dispersão máxima de 11% nos resultados.

Com o intuito de observar a variação entre as cargas obtidas nas provas de

carga, com as estacas de concreto convencional e de concreto com resíduo de

borracha, foram determinados os valores médios das mesmas, embora esta não

seja uma pratica usual na geotecnia tomamos este valor meramente para avaliar a

diferença entre elas. A Tabela 5.4 ilustra os resultados.

201

Tabela 5.4 – Comparativo entre as cargas médias de ruptura.

Estacas rQ Redução

(kN) (%)

Concreto 253,3 7,9

Concreto + Borracha 233,3

rQ : carga média de ruptura

Com as devidas ressalvas foram comparados os valores das cargas médias

de ruptura, dos dois tipos de estacas estudadas (concreto convencional e concreto

com resíduo de borracha), e foi observada uma redução de apenas 7,9% na carga

de ruptura. Este fato possivelmente se deve a maior deformabilidade da estaca com

borracha.

Outra análise foi à comparação do valor das cargas individuais de ruptura

(Tabelas 5.2 e 5.3) e das cargas médias de ruptura (Tabela 5.4), obtidas nas provas

de carga, com as estimadas por vários métodos empíricos, descritos no capítulo 3,

utilizando-se valoress médios de sondagens SPT (S1, S2, S3, S4 e S5) e de ensaios

CPT (D1, D2, D3, D4 e D5), cujos valores obtidos são mostrados na Tabela 5.5.

Tabela 5.5 – Cargas de ruptura estimadas por métodos empíricos.

Método Qp,r (kN)

Qs,r (kN)

Qr (kN)

Aoki e Velloso (1975) – (SPT) 36 67 103

Aoki e Velloso (1975) – (CPT) 83 54 137

Décourt e Quaresma (1978) – (SPT) 84 83 167

Milititsky e Alves (1985) 34 50 84

Teixeira (1996) 70 86 156

Vorcaro e Vellosos (2000) - - 219

UFRGS (2005) 137 53 190

Qp,r = carga de ponta na ruptura; Qs,r = carga de atrito no fuste, na ruptura, e

Qr = carga de ruptura.

202

A Tabela 5.6 apresenta as relações obtidas para as comparações propostas.

Tabela 5.6 – Comparação entre cargas de ruptura obtidas nas provas de carga (Qr,pc) e

estimadas por métodos empíricos (Qr,estimada).

Relação

Método

Qr,pc / Qr,estimada

Concreto convencional Concreto com borracha

PC-1 PC-3 PC-5 Média PC-2 PC-4 PC-6 Média

Aoki e Velloso (1975) - SPT 2,43 2,52 2,43 2,46 2,33 2,23 2,23 2,27

Aoki e Velloso (1975) - CPT 1,82 1,90 1,82 1,85 1,75 1,68 1,68 1,70

Décourt e Quaresma (1978) 1,50 1,56 1,50 1,52 1,44 1,38 1,38 1,40

Milititsky e Alves (1985) 2,98 3,10 2,98 3,02 2,86 2,74 2,74 2,78

Teixeira (1996) 1,60 1,67 1,60 1,62 1,54 1,47 1,47 1,50

Vorcaro e Vellosos (2000) 1,14 1,19 1,14 1,16 1,10 1,05 1,05 1,07

UFRGS (2005) 1,32 1,37 1,32 1,33 1,26 1,21 1,21 1,23

Analisando a Tabela 5.6 verifica-se que o método Aoki e Velloso (1975),

baseado tanto em valores de SPT quanto em valores de CPT, Teixeira (1996),

UFGRS (2005) e Décourt e Quaresma (1978) subestimaram as cargas de ruptura, já

o método de Vorcaro e Velloso (2000) foi o que mais se aproximou dos valores

obtidos com as prova de carga. Todos os métodos para estimativa da carga de

carga se mostraram conservadores, portanto a favor da segurança.

5.2.2 – Transferência de Carga

A instrumentação das estacas permitiu determinar e avaliar a transferência

de carga ao solo ao longo de sua profundidade, nos trechos 1 e 2, e na ponta, tal

como se pode observar nas Figuras 5.3 a 5.5 (estacas de concreto convencional) e

nas Figuras 5.6 a 5.8 (estacas de concreto com resíduos de borracha), para os

diversos estágios de carregamento, que variaram de 10 em 10 kN até que se

atingisse a carga de ruptura.

203

Figura 5.3 – Gráfico de carga versus profundidade – PC-1 (C).

Figura 5.4– Gráfico de carga versus profundidade – PC-3 (C).

204

Figura 5.5 – Gráfico de carga versus profundidade – PC-5 (C).

Figura 5.6 – Gráfico carga versus profundidade – PC-2 (C+B).

205

Figura 5.7 – Gráfico de carga versus profundidade – PC-4 (C+B).

Figura 5.8 – Gráfico de carga versus profundidade – PC-6 (C+B).

206

A observação das Figuras 5.3 a 5.8 nos mostra que as estacas de concreto

convencional, no intervalo de carga de 0 a 140 kN, apresentam diferentes

inclinações no diagrama de transferência de carga para os trechos 1 e 2,

comportamento idêntico ocorre com as estacas de concreto com resíduo de

borracha, no intervalo de carga 0 a 180 kN, a partir destas cargas ambos os trechos

1 e 2 passaram para uma inclinação muito próxima. De maneira geral, mostraram a

ocorrência de variação gradual e contínua da transferência de carga, em

profundidade.

Analisando os diagramas de transferência de carga foi possível separar as

parcelas de cargas transferidas para a sua ponta (Qp,r) e para o seu fuste (Qs,r),

ambas na ruptura, como mostra a Tabela 5.7.

Tabela 5.7 – Cargas de ponta e de atrito lateral, na ruptura.

Provas de Carga

Qr (kN)

rQ

(kN)

Qp,r (kN)

r,pQ

(kN)

Qs,r (kN)

r,sQ

(kN)

PC-1 (C) 250

253,3*

45,7

48,7*

204,3

204,6*

18,3

19*

81,7

81* PC-3 (C) 260 55,4 204,6 21,3 78,7

PC-5 (C) 250 45,1 204,9 18,0 82,0

PC-2 (C+B) 240

233,3*

47,6

46,9*

192,4

186,4*

19,8

20*

80,2

80* PC-4 (C+B) 230 48,2 181,8 21,0 79,0

PC-6 (C+B) 230 44,9 185,1 19,5 80,5

*valores médios.

Observando-se a Tabela 5.7 temos que, em média, a parcela de ponta é

cerca de 19% da carga de ruptura total (estacas de concreto convencional) e de

20% (estacas de concreto com resíduo de borracha). Para o atrito lateral, a

incidência é de 81% da carga de ruptura total (estacas de concreto convencional) e

de 80% (estacas de concreto com resíduo de borracha). Portanto, independente do

material que se confeccionou as estacas, as transferências de carga foram

extremamente semelhantes.

Segantini (1994) observou em provas de carga rápida em estaca apiloadas

de concreto com diâmetro de 0,20 m e comprimento 6 m, no mesmo campo

(%)100xQ

Q

r

r,p

(%)100x

Q

Q

r

r,s

207

experimental, que 24% da carga total aplicada às estacas se transferiram para sua

ponta da mesma.

Resultados parecidos foram obtidos por Scallet (2011) ao realizar provas de

carga em estacas três escavada de pequeno diâmetro (diâmetro = 0,25 m e L = 5,07

m), no Campo Experimental de Fundações da Unicamp – Campinas (SP), onde

observou que a parcela da ponta significou em média 36% da carga de ruptura, e

uma das estacas apresentou parcela de ponta de 23%.

Branco (2006) realizou o estudo do comportamento de estacas escavadas

no Campus Experimental de Fundações da UEL (PR), com diâmetro de 0,25 m e 12

m de comprimento. Realizou provas de carga rápida e observou que houve uma

mobilização média para ponta da estaca de 34% do valor da carga aplicada no topo.

Pérez (2014) realizou provas de carga em estacas escavadas com

diâmetros de 25, 30 e 40 cm e observou que não houve mobilização de carga de

ponta para a estaca com 0,25 m de diâmetro, já para a de 0,30 m houve uma

pequena mobilização para a ponta de 3,8%, e para a estaca de 0,40 m a

mobilização foi de 3,7%.

Os valores ilustrados na bibliografia apontam para uma mobilização da carga

para ponta variável, dependendo do comprimento e diâmetro da estaca, e, ainda, do

solo.

Com os valores médios obtidos para a carga de ponta ( r,pQ ) e o atrito lateral

( r,sQ ), ambos na ruptura, foram determinados os valores médios da resistência de

ponta ( r,pq ) e o atrito lateral unitário ( máxf ), ambos na ruptura (ver a Tabela 5.8).

208

Tabela 5.8 – Resistência de ponta e atrito lateral unitário, na ruptura.

Provas de Carga

rQ

(kN) r,pQ

(kN) r,sQ

(kN)

Ap

(m2)

As

(m2) r,pq

(kPa)

máxf (kPa)

PC-1 (C)

253,3 48,7 204,6 0,0707 5,66 689 36,1 PC-3 (C)

PC-5 (C)

PC-2 (C+B)

233,3 46,9 186,4 0,0707 5,66 663 32,9 PC-4 (C+B)

PC-6 (C+B)

Diferença entre as estacas (C) e (C+B) (%) 3,92 9,72

A Tabela 5.8 mostra que a estaca de concreto com resíduo de borracha

apresenta,em média, uma resistência de ponta 3,92% menor que a da estaca de

concreto convencional, e também, o seu atrito lateral unitário médio é 9,72% menor.

5.3 DEFORMAÇÕES DOS MATERIAIS

As deformações foram determinadas para cada nível instrumentado das

estacas (0,30m, 1,20 m e 5,70 m), conforme ilustra a Figura 5.9.

209

5,7

0

1,2

0

0,3

0

Nível -1

Nível -2

Nível -3

Trecho -1

Trecho -2

Figura 5.9 – Nível de instrumentação e definição dos trechos.

Para determinar a deformação específica (i), da estaca em cada ponto

instrumentado, foi utilizada a seguinte equação:

A.E

Qii Equação (5.1)

onde:

i : deformação específica gerada pela carga Qi;

Qi : carga no estágio “i”;

E : módulo de elasticidade do material da estaca (para o concreto convencional EC

= 36,8 GPa e para o concreto com incorporação de resíduo de borracha EC+B =

30,2 GPa, determinados em ensaio de laboratório mostrado no Capítulo 43,

Tabela 4.5).

Como:

210

A.E

Qe

A.E

Q

BC

iBC

C

iC

Tem-se que:

A

QE.e

A

QE. i

BCBCi

CC

Logo:

BCBCCC E.E.

Substituindo os valores de EC e de EC+B, chega-se a:

2,30.8,36. BCC

CBC .219,1

Portanto, temos que para uma mesma tensão (i = Qi/A) o concreto com

resíduo de borracha é 21,9% mais deformável que o concreto convencional. Este

percentual é comparado mais à frente deste capítulo com os percentuais médios de

diferença entre as deformações registradas nos níveis 1, 2 e 3 das estacas

confeccionadas com concreto convencional e as confeccionada com concreto com

resíduo de borracha

As Figuras 5.10 a 5.12 ilustram, respectivamente, as deformações para cada

ponto instrumentado (nível) das estacas de concreto convencional.

211

Figura 5.10 – Gráfico de Tensão x Deformação – Estaca em concreto convencional PC-1

Níveis 1,2 e 3.


Níveis 1,2 e 3.

212


Níveis 1,2 e 3.

As Figuras 5.13 a 5.15 mostram, respectivamente, as deformações para

cada ponto instrumentado (nível) das estacas de concreto com resíduo de borracha.

Figura 5.13 – Gráfico de Tensão x Deformação – Estaca em concreto com resíduo de

borracha PC-2 Níveis 1,2 e 3.

213





A observação das Figuras 5.10 a 5.13 mostra que em todos os níveis

instrumentados há uma sobreposição dos diagramas de deformação, demonstrando

214

que as três estacas de concreto convencional têm comportamento de deformações

similares em cada nível instrumentado, ao longo das provas de carga.

As Figuras 5.14 a 5.15 mostram, respectivamente, as deformações nos

níveis 1, 2 e 3, das três estacas de concreto com resíduo de borracha, nas quais

verifica-se também comportamento de deformação similar em cada nível

instrumentado.

As Figuras 5.16 a 5.18 propiciaram, respectivamente, uma comparação

entre as deformações sofridas em cada nível instrumentado, entre as estacas de

concreto convencional e as estacas de concreto com adição de borracha. Tendo em

vista o comportamento similar de deformação entre as estacas confeccionadas com

o mesmo tipo de concreto, escolhemos para esta comparação a Estaca 3 (C), de

concreto convencional, e a Estaca 2 (C+B), de concreto com borracha, pelo fato das

mesmas terem atingido a maior carga de ruptura (Qr) em seus respectivos grupos (C

e C+B).

Figura 5.16 – Gráfico Tensão x Deformação –Comparativo entre estacas – Nível 1.

215



216

Analisando os gráficos de tensão versus deformação pode-se observar que o

comportamento dos dois materiais analisados neste trabalho é semelhante e que em

todos os níveis instrumentados a estaca de concreto com resíduo de borracha sofreu

uma deformação ligeiramente maior. Isto ocorre devido ao módulo de elasticidade do

concreto com resíduo de borracha (30,2 GPa) ser menor que o módulo de

elasticidade do concreto convencional (36,8 GPa), algo em torno de 21,9%.

Avaliando-se as Figuras 5.16 a 5.18 geradas a partir das Tabelas 4.18 e

4.20, em termos da diferença percentual entre as deformações obtidas nos ensaios

PC-3 (C) e PC-2 (C+B), para cada nível instrumentado a uma mesma tensão,

excluindo-se os valores muito baixos, negativos e muito elevados, chega-se aos

valores mostrados nas Tabelas 5.9 a 5.11 que seguem.

217

Tabela 5.9 – Diferenças percentuais entre deformações do Nível 1 –

PC-3 (C) e PC-2 (C+B).

Tensão

(kPa)

Nível 1

(x 10-6) Diferença

PC-3 (C) PC-2 (C+B) (%)

0,1 3,7 4,6 25,7

0,3 7,5 9,3 24,4

0,4 11,4 13,9 22,3

0,6 15,2 18,6 22,5

0,7 19,0 23,3 22,6

0,8 23,0 28,0 22,1

1,0 26,8 32,7 22,2

1,1 30,4 37,3 22,6

1,3 34,4 42,0 22,1

1,4 38,1 46,8 22,7

1,6 42,0 51,4 22,4

1,7 45,9 56,1 22,2

1,8 49,6 60,8 22,5

2,0 53,6 65,5 22,2

2,1 57,4 70,2 22,1

2,3 61,2 74,9 22,2

2,4 65,1 79,6 22,2

2,5 69,0 84,3 22,0

2,7 72,9 88,9 22,0

2,8 76,8 93,6 21,9

3,0 80,5 98,3 22,1

3,1 84,5 102,9 21,8

3,4 88,3 107,6 21,9

Deformação Média (x 10-6) 22,5 ± 0,9

218


PC-3 (C) e PC-2 (C+B).

Tensão

(kPa)

Nível 2

(x 10-6) Diferença

PC-3 (C) PC-2 (C+B) (%)

0,1 2,9 3,7 27,6

0,3 6,7 8,4 25,9

0,4 10,6 13,1 23,2

0,5 14,5 17,7 22,5

0,7 18,3 22,4 22,9

0,8 22,1 27,0 22,1

1,0 25,9 31,8 22,6

1,1 29,8 36,5 22,8

1,3 33,6 41,1 22,6

1,4 37,4 45,9 22,7

1,6 41,3 50,4 22,2

1,7 45,1 55,3 22,7

1,8 48,9 59,9 22,4

2,0 52,7 64,6 22,5

2,1 56,6 69,3 22,4

2,3 60,5 73,9 22,2

2,4 64,4 78,6 22,0

2,5 68,2 83,3 22,2

2,7 72,1 88,0 22,0

2,8 75,9 92,7 22,0

3,0 79,8 97,3 22,0


219


PC-3 (C) e PC-2 (C+B).

Tensão

(kPa)

Nível 3

(x 10-6) Diferença

PC-3 (C) PC-2 (C+B) (%)

0,1 2,0 3,5 75,0

0,3 5,9 8,2 39,0

0,5 13,6 17,7 30,1

0,7 17,5 22,3 27,8


Analisando as Tabelas 5.9 a 5.11 verificou-se que o nível 3 apresentou

percentuais com grande variação, por esse motivo não será utilizado para comparar

ao percentual de diferença entre as deformações do concreto convencional e o

concreto com resíduo de borracha, levando-se em consideração seus respectivos

módulos de elasticidade (EC e EC+B) que estão apresentados na Tabela 5.12

Tabela 5.12 – Comparação entre percentuais de diferenças médias entre deformações e o

módulo de elasticidade dos concretos estudados.

Nível Instrumentado

Diferença média entre deformações (%) Diferença

(%) Provas de Carga

Ruptura de CPs

1 22,5 ± 0,8 21,9

2,7

2 22,8 ± 1,7 4,1

A Tabela 5.12 mostra que a diferença estimada entre as deformações dos

corpos de prova, moldados com concreto convencional e de concreto com resíduo

de borracha, ficou bem próxima à diferença obtida nas provas de carga realizadas

com as estacas de concreto confeccionadas com os mesmos concretos.

220

5.4 ANÁLISE GERAL

Carga versus recalque

Com as analises sobre carga x recalque temos que o comportamento de

ambas as estacas estudadas são similares, apesar da estaca de concreto com

resíduo de borracha apresentar um maior recalque que a de concreto convencional.

Esta diferença não é tão discrepante, portanto comprova que ouso do concreto com

resíduo de borracha na confecção de estacas escavas de pequeno diâmetro sem

uso defluido estabilizante é plenamente possível.

Transferência de carga

Tal como na análise de carga x recalque observou-se, também, o

comportamento similar na transferência de carga ao solo, o que leva a concluir que a

estaca de concreto com resíduo de borracha transfere a carga ao solo do mesmo

modo que a estaca convencional.

Deformações

Os resultados obtidos na analise das deformações demostram que as

deformações sofridas pela estaca de concreto com resíduo de borracha também se

assemelha as sofridas pela estaca convencional. Mesmo com o módulo de

elasticidade do concreto com resíduo de borracha (30,2 GPa) é menor que o módulo

de elasticidade do concreto convencional (36,8 GPa), este comportamento já era

esperado.

Atrito Lateral

Seguindo as investigações observou-se que o atrito lateral na estaca

confeccionada em concreto com resíduo de borracha apresentou valores inferiores

ao concreto convencional, mas dos ensaios realizados foi o que sofreu menor

variação. Os valores encontrados apontam para a maior redução de

221

aproximadamente 11% e a menor em 1% em relação à estaca de concreto

convencional.

Observando os ensaios realizados pode-se concluir que é possível a

utilização de estacas de concreto com resíduo de borracha, pois suas deformações,

os resultados aqui obtidos demostram que seu comportamento é similar ao da

estaca de concreto convencional.

Efeito Ambiental

Uma das preocupações deste trabalho é dar uma destinação ambientalmente

correta aos pneus inservíveis e, também, ao resíduo proveniente da recauchutagem.

Esta destinação é simples, pois usamos o material como se encontra, passando

apenas pelo peneiramento, não necessitando qualquer tipo de tratamento, com isso

têm uma destinação a este material de forma ambientalmente correta, confinando o

mesmo no concreto.

Sustentabilidade

Como relatado no início deste trabalho à escassez da areia em diversos

pontos do Brasil já é preocupante, a utilização do resíduo de borracha em

substituição a areia poderá amenizar este grave problema.

Como a areia não é renovável a sua escassez cada vez mais aumentará ao

nível que a produção deste resíduo também aumente, com o aumento da

recauchutagem de pneus e com a fabricação em alta na indústria pneumática. Desta

forma este material é abundante e com a possibilidade de sua utilização em estacas

escavadas de pequeno diâmetro sem uso de fluido estabilizante, contribuirá de

forma significativa para contornar a escassez da areia.

222

CAPITULO 6 – CONCLUSÕES

Neste capítulo estão contidas as principais conclusões extraídas deste

trabalho, distribuídas nos seguintes itens: (a) ensaios mecânicos realizados com os

tirantes, para avaliação da aderência aço-concreto (convencional e com

incorporação do resíduo de borracha), e (b) provas de carga estática realizadas com

as estacas instrumentadas, confeccionadas com os dois tipos de concreto

estudados.

6.1 ADERÊNCIA AÇO-CONCRETO

A aderência aço-concreto para os dois concretos estudados foi assegurada

de acordo com a NBR 7480 (ABNT, 2007).


6.2.1 Comportamento Carga-Recalque

As cargas médias de ruptura obtidas nas provas de carga realizadas com as

estacas de concreto convencional e de concreto com resíduo de borracha foram,

respectivamente, 253 kN e 233 kN, uma diferença de 7,9%.

As curvas de carga versus recalque obtidas nas provas de carga para as

estacas confeccionadas com os dois tipos de concreto apresentaram

comportamento similar até a carga de 150 kN, já para cargas superiores o recalque

das estaca de concreto com borracha foi superior, em média 22%.

O patamar observado nas curvas carga versus recalque obtidas nas provas

de carga, na faixa de carga de 100 a 200 kN, se deve a instalação da pastilha de

isopor de 50 mm na ponta da estaca, sendo que em algum ponto deste trecho

iniciou-se a transferência de carga para a ponta da estaca.

223

Os métodos empíricos utilizados para estimar a carga de ruptura se

mostraram muito conservadores, ficando bem as baixo das cargas de ruptura

obtidos nas provas de carga (253,3 kN e 233,3 kN), no entanto ficaram a favor da

segurança.

6.2.2 Transferência de Carga

As estacas de concreto convencional e de concreto com resíduo de borracha

apresentaram diferentes inclinações no diagrama de transferência de carga para os

trechos 1 e 2, no intervalo de carga de 0 a 140 kN e de 0 a 180 kN, respectivamente,

a partir destas cargas ambos os trechos passaram para uma inclinação muito

próxima. De maneira geral, mostraram a ocorrência de variação gradual e contínua

da transferência de carga, em profundidade.

O percentual da parcela de ponta em relação a carga de ruptura foi de 19%

e 20%, respectivamente para as estacas de concreto e de concreto com resíduo de

borracha. Para o atrito lateral, a incidência foi de 81% e 80%, respectivamente.

A estaca de concreto com resíduo de borracha apresenta uma resistência de

ponta média 3,84% menor e um atrito lateral unitário médio 9,76% menor, que os

apresentados pela estaca de concreto convencional.

6.3 DEFORMAÇÕES DOS MATERIAIS

A deformação observada nos corpos de prova de concreto com borracha

quando solicitados à compressão foi 21,9% superior a deformação observada nos

corpos de prova de concreto convencional, para uma mesma tensão aplicada.

Em todos os níveis instrumentados há uma sobreposição dos diagramas de

deformação, demonstrando que as três estacas de concreto convencional sofreram

deformações idênticas em cada nível instrumentado, ao longo das provas de carga.

A mesma observação se faz para as estacas de concreto com borracha.

224

O comportamento dos dois materiais analisados neste trabalho foi semelhante

e em todos os níveis instrumentados a estaca de concreto com resíduo de borracha

sofreu uma maior deformação, devida ao módulo de elasticidade do concreto com

resíduo de borracha (30,2 GPa) ser menor que o módulo de elasticidade do concreto

convencional (36,8 GPa), algo em torno de 21,9%.

A diferença estimada entre as deformações dos corpos de prova moldados

com concreto convencional e de concreto com resíduo de borracha (21,9%) ficou

bem próxima à diferença obtida nas provas de carga realizadas com as estacas de

concreto convencional e de concreto com resíduo de borracha (Nível 1 = 22,5%,

Nível 2 = 22,8%).

6.4 GERAL

O comportamento mecânico do material concreto com resíduo de borracha, e

o comportamento geotécnico das estacas de concreto com resíduo de borracha

indicam o potencial de uso do resíduo de borracha na produção de concreto para

confecção de estacas escavadas de pequeno diâmetro sem uso de fluido

estabilizante.

6.5 SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS.

Para pesquisas futuras sugere-se:

Estudos para avaliar o custo por metro linear de estacas confeccionadas

com borracha e comparar com as de concreto convencional de mesmo

diâmetro;

Realização de ensaios SPT e CPT mais próximos as estacas escavadas

estudadas e reavaliar os métodos empíricos utilizados nesta pesquisa;

Realização de provas de carga do tipo lenta para comparar resultados

com as provas de carga do tipo rápida realizadas desta pesquisa;

225

Realização de provas de cargas com carregamento horizontal;

Avaliação do uso da borracha em outros tipos de fundações;

Analisar o comportamento do bloco de transição com uso de borracha;

Aumentar a quantidade de resíduo de borracha e seus limites para utilizar

em fundações, e

Realização de análises numéricas onde as entradas de dados sejam

baseadas fielmente em resultados de ensaios in situ e de laboratório.

226

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