tc 041 geotecnia de fundaÃ§Ãµes - aula 5 prova de carga ... · microsoft powerpoint - tc...

13/08/2018

1

Geotecnia de Fundações TC 041

Vítor Pereira [email protected]

Agosto 2018

Curso de Engenharia Civil – 8º Semestre

Prova de carga estática em estaca

Prova de carga – NBR12131 2006

13/08/2018

2

Provas de carga• Método mais confiável de avaliação de

performance, devido a dificuldade demodelar o mecanismo de interação solo-estaca.

• Tipos de provas de carga:• SML – Slow Mantained Load;• CPR – Constant Rate of Penetration;• CLT – Cyclic Load Test;• QML – Quick Manteined Load.

Provas de carga• Tipos de Provas de Carga:

• SML – Slow Manteined Load:• Trata-se de provas de carga em que o carregamento e

o deslocamento são procedidos em estágios, mantido otempo necessário para a estabilização dasdeformações sob ação da carga aplicada.

• CPR – Constant Rate of Penetration:• Neste tipo de prova de carga a cabeça da estaca é

forçada a recalcar com velocidade constante,normalmente na ordem de 0,50 cm/min. O tempo deduração de uma prova de carga é de 2 a 3 horas.

13/08/2018

3

Provas de carga• Tipos de Provas de Carga:

• CLT – Cyclic Load Test:• Neste tipo de prova de carga procede-se ciclos de

carga e descarga. O tipo de carregamento pode ser oSML ou CRP.

• QML – Quick Manteined Load:• Este tipo de prova de carga é comparável ao CRP, no

sentido de que se procura eliminar a influência dasdeformações que dependem do tempo de aplicação deum estágio de carga, tal como medido nas provas decargas do tipo SML.

Provas de carga• Esquema da Prova de Carga

Estaca

Tirante

Viga de Reação

Macaco Hidráulico

Viga de referência

Relógio comparador

13/08/2018

4

Provas de carga estática


13/08/2018

5



13/08/2018

6


Ensaio Bi-direcional: O-cell

13/08/2018

7

O-cell

O-cell

13/08/2018

8

O-cell

Curva Carga Recalque Típica

TotalFustePonta

Carga

Recalque

Estaca Longa e delgada

13/08/2018

9


Total

Fuste

Ponta

Carga

Recalque

Estaca Curta e Robusta


Trilho – somente atrito lateral

Tubulão-somente ponta

Atrito e ponta

Carga

Recalque

13/08/2018

10

Execução da Prova de Carga Estática

• A prova de carga deverá ser executada atéduas vezes a carga admissível prevista paraa estaca.

• Cada estágio de carregamento deverá serinferior a 20% da carga de carga detrabalho prevista para a estaca.

• Após aplicado a carga do estágio deverãoser efetuadas leituras de recalques nostempos de 1, 2, 4, 8, 15 e 30 minutosseguindo-se 1, 2, 3, 4 horas até aestabilização dos recalques.

Execução da Prova de Carga Estática

• O próximo estágio só poderá ser aplicadoapós a estabilização dos recalque que se dáquanto o recalque entre duas leituras forinferior a 5% do recalque total já ocorridano estágio.

• A carga máxima da prova de carga deveráser mantida por no mínimo 12 horas.

• O descarregamento poderá ser efetuado emestágios de 25% da máxima carga aplicada.

13/08/2018

11

Prova de Carga – Estaca Hélice-contínua

• Aeroporto Salgado Filho – Porto Alegre - = 40cm

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 1400,0

Carga kN

Rec

alq

ue

(mm

)

Prova de Carga – Estaca Hélice-contínua

• Aeroporto Salgado Filho – Porto Alegre - = 60cm

0,02,04,06,08,0

10,012,014,016,018,0

0,0 1000,0 2000,0 3000,0 4000,0

Re

calq

ue

(m

m)

Carga kN

13/08/2018

12

Determinação da Carga de Ruptura

• Método de Mazurkiewicz

Recalque

Carga

Curva carga recalque



Recalque

13/08/2018

13



Recalque

Carga



Recalque

Carga45o

13/08/2018

14



Recalque

Rrup



Recalque

Carga

13/08/2018

15



Recalque



Recalque

Extrapolação

13/08/2018

16


• Fellenius, 1975:

Rrup Carga

Recalque


• Zeevaert, 1972:

Rrup Log Carga

Recalque

13/08/2018

17


• NBR 6122:

AE

RLD

30

D= diâmetro da estaca;R = carga;L = comprimento;A = área da seção da estaca;E = módulo de elasticidadeda estaca;Recalque

RrupCarga

D/30


• Método de Van der Veen (1953):

rup

rup

R

R

eRR

1log

)1(

13/08/2018

18

Ensaio de Carregamento Dinâmico

Ensaio de Carregamento Dinâmico

• A partir de 1983 iniciou-se, nas obras comuns defundações, uma rotina de controle de carga mobilizadadas estacas cravadas, monitorando-se as mesmas como uso de transdutores de deformação e acelerômetrosposicionados diametralmente opostos junto a cabeça daestaca.

• O uso da instrumentação dupla posicionadadiametralmente oposta visa corrigir eventuais efeitos deflexão gerados por golpes excêntricos.

• O sinal de deformação e aceleração são registrados emum micro computador para análise e determinação dacapacidade de carga da estaca.

13/08/2018

19

Prova de Carga Dinâmica

• Principais Informações:• Força máxima do impacto;• Energia do golpe;• Eficiência do sistema de cravação;• Tensões de cravação;• Danos estruturais e sua localização;• Capacidade de carga -> método CASE

e CAPWAP;


• Vantagens:• Ensaio rápido e fácil de executar;• Custo reduzido;• Pode ser obtido significativo universo

amostral;• Utilidade na execução de problemas

durante a execução do estaqueamento;• Útil para controle de qualidade.

13/08/2018

20


• Desvantagens:• Método indireto;• Interpretação complexa.

Instrumentação

13/08/2018

21

Instrumentação

EAF

A velocidade da onda quepercorre a haste devido aaplicação de um golpe éobtida pela integração do sinalde aceleração.

Sinal Típico obtido com a instrumentação

estaca. da material no

onda da propagação de e velocidad c

estaca da seção da área A

estaca da elástidade de módulo E

estaca da impedância

partícula da e velocidad V

c

EAZ

VZF

13/08/2018

22

Métodos de Análise do registro• Método CASE:

• O método case consiste em uma solução fechada,baseada em hipóteses simplificadoras, tais como:

• Comportamento plástico ideal do solo;• Estaca idealmente elástica e uniforme.

• Método CAPWAP:• O método CAPWAP (Case Pile Wave Analysis

Program) é um programa que simula numericamenteos registros de força e velocidade e os compara comos registros de campo. Quando tem-se uma boaaproximação dos registros gerados numericamentecom os obtidos em campo tem-se determinado peloprograma a capacidade de carga da estaca.

13/08/2018

23

• Consiste numa solução matemática fechada, baseada em hipóteses simplificadoras, tais como a homogeneidade e uniformidade da estaca.

• Para cada golpe:• Carga mobilizada na interface solo-estaca;• Integridade estrutural;• Tensões dinâmicas máximas compressivas e de tração;• Deslocamento máximo;• Máxima energia transferida.

Método Case

• Considerações:• Comportamento estaca elástico linear;• Apenas são transmitidas à estaca tensões

axiais;• Resistência do solo, mobilizada

simultaneamente ao longo da estaca, é dotipo rígido plástico.

Método Case

13/08/2018

24

• Resistência total (Rt)

• Resistência dinâmica (Rd)

• Resistência estática (Rs)

Rt 1

2(F1 F2 ) EA

2c(V1 V2)

Rt Rs Rd

Rs Rt Jc (2F1 Rt )

Rd Jc .EA

c.Vp

Método Case

• Possibilidades de erro:• Capacidade de carga e resistência de ponta não são

totalmente mobilizadas (em determinado instante);• A energia de impacto não ser suficiente para ativar

todas as forças resistentes do solo;• A onda de tensão ser curta relativamente ao

comprimento da estaca sobre a qual as forçasresistente atuam, com isto as forças resistentes nãosão mantidas no seu valor total durante o tempoconsiderado;

• Valor da capacidade de carga varia com o tempo,por efeito de “set-up” ou relaxação.

Método Case

13/08/2018

25

• Consiste em um método matemático que tem como objetivoo processamento (com base na equação da onda) dosregistros de força e velocidade multiplicada pela impedância,comparando-os com os registros de campo;

• Considera o sinal de velocidade de um determinado golpeespecífico com base num modelo do solo e da estaca,permitindo calcular a curva de força em função do tempo;

• O modelo do solo é então iterativamente aprimorado atéque se obtenha o melhor ajuste entre as curvas medida e acalculada.

Método CAPWAP (Case Pile Wave Analysis)


13/08/2018

26

• Considerações:• Forças de reação do solo consideradas como

passivas e expressas como função domovimento da estaca.

• Reação do solo é representada porcomponentes elasto-plásticas e visco-lineares.

• Modelo admitido para o solo possui, para cadaponto, três incógnitas:

• resistência elástica limite;• deformação elástica máxima (quake);• constantes de amortecimento (damping).


• Vantagens:• Boa estimativa da capacidade de carga

estática da estaca.• Método complexo pois permite que se defina

a distribuição do atrito lateral e resistênciade ponta.


13/08/2018

27

Método CAPWAP

Sim

Medida de Fm e a

CalcularFc = Fc(a,Ri)

CompararFm/Fc

CorrigirRi

Não

Sim

Fm = força medida.

Fc = força calculada.

a = aceleração medida.

Ri= resistência total inicial.

Método CAPWAP• Para cada camada de solo deve-se informa para o

programa:• Resistência última (Ru);• Damping (Jc);• Quake (Q);• Além de informações das características da estaca, do

martelo, capacete, etc.

• Como reposta temos:• Capacidade de carga da estaca;• Eficiência do golpe;• Força de compressão máxima;• Deslocamento máximo (nega);• Etc.

13/08/2018

28

• Energia de cravação:• Deve ser suficiente para mobilizar toda a resistência

disponível no sistema interativo estaca-solo.

• Tempo de repouso da estaca após a cravação:

• Fenômenos de relaxação e set-up.

• Variação entre os resultados das análises CAPWAP:

• Análise é efetuada sobre um golpe em particular.

Fatores que influenciam as análises

• Segundo a ABNT NBR 13208:• Os procedimentos do ensaio de carregamento dinâmico

aplicam-se também às estacas moldadas in loco,independentemente do seu processo construtivo. Os ensaiosapenas podem ser realizados 7 dias apos a concretagem daestaca.

• Além dos sistemas de amortecimento convencionaisnecessários, deve-se atender a um dos seguintesprocedimentos:

• Execução de bloco de concreto armado com resistência superiorao concreto aplicado às estacas a ensaiar;

• Armadura de fretagem próxima ao topo associada à armaçãoprincipal de fuste;

• Cintamento periférico através de camisa de aço.

• Necessidade em selecionar tipo de sistema de cravação.

Aplicação em estacas moldadas in loco

13/08/2018

29

Link para vídeo• Prova de Carga Dinâmica

• https://www.youtube.com/watch?v=ojDvp3OPFsg

Fórmulas Dinâmicas

Tem sido usual a aplicação da teoria do Choque no monitoramento do

estaqueamento.

13/08/2018

30


h

s

Rrup

Wr

Wp

Bate estaca com Martelo de Gravidade

13/08/2018

31

Martelo de Gravidade

Martelo de Gravidade

13/08/2018

32

Bate estaca com Martelo Hidráulico

Martelo Hidráulico - Junttan

13/08/2018

33

Bate estaca com martelo Hidráulico

Martelo Hidráulico

13/08/2018

34

Fórmulas Dinâmicas• Wr h = Rrup S + C

• Wr h = Energia do Golpe• Rrup S + C = Trabalho gasto na cravação

• Onde:• Wr = Peso do Martelo;• h = Altura de queda do martelo;• S = “nega” penetração da estaca no terreno pela ação

de um golpe;• Rrup = Resistência oferecida pelo terreno à cravação;• C = Soma das perdas de energia durante a cravação.


• Fórmula de Hilley:• Chellis recomenda seu uso para Wr> Wp

pr

prrrup WW

WeW

CCCs

hWefR

21

2

321

13/08/2018

35

Fórmulas Dinâmicas• Fórmula de Hilley:

• Onde:• Rrup = Capacidade de carga dinâmica (t);• Wr = peso do martelo (t);• Wp = Peso da estaca (t);• s = nega (mm) por golpe (valor médio para os últimos

5 golpes do martelo de gravidade e 20 golpes para osoutros tipos de martelo;

• h = altura de queda do martelo (mm);• ef = eficiência do golpe;

• 0,75 – martelo de gravidade;• 1,00 – martelo diesel.


• Fórmula de Hilley:• e = coeficiente de restituição

• Estacas de aço:• 0,55 sem capacete;• 0,32 com capacete;

• Estacas de concreto:• 0,40 sem capacete;• 0,25 com capacete;

13/08/2018

36


• Fórmula de Hilley:• C1 = perdas devido a compressão temporária

da cabeça da estaca e do capacete (mm);• C1 = a(Rrup/Sc):

• a = 0 estaca sem capacete;• a = 28,09186 estacas de aço com capacete de

madeira;• a = 18,07527 estacas de concreto com capacete

de madeira;• Sc = área da seção do capacete (cm2).

Fórmulas Dinâmicas• Fórmula de Hilley:

• C2 = perda devido ao encurtamento temporário daestaca;

• C2 = b(Rrup / Se) L:• b = 0,474093 estaca de aço;• b = 4,740784 estaca de concreto estaca (mm);• Se = área da seção da estaca;• L = comprimento da estaca entre a cabeça de bater e

centro de reação da do solo;• L = l (m);• l = comprimento da estaca;• = 1 para estaca de ponta;• = 0,7 para estaca flutuante.

13/08/2018

37


• Fórmula de Hilley:• C3 = perda devido a compressão temporária do

solo;• C = C1 + C2 + C3 pode ser obtido no canteiro de

obras para martelo de gravidade.

C S1 S2 S3 S(mm/golpe)

H(mm)

h3

h2

h1


• Fórmula de Hilley:• C2 + C3 também pode ser determinada no

canteiro de obras para martelo de gravidadee martelo diesel mantendo-se a altura dequeda constante. (E=Wr h = Constante).

13/08/2018

38


• Determinação de C2 + C3

Estaca

Papel Direção de deslocamento do lápis

Estaca

Lápis


s

Altura de queda crescenteK=C2+C3

s

s

A figura apresenta uma sequência de sinais obtidos durante a execução de um ensaio com alturas de queda crescente, em que se nota, a partir do terceiro

sinal, a constância das deformações (K) (as deformações elásticas chegaram ao seu valor máximo) e o aumento dos deslocamentos permanentes (s). Este

comportamento caracteriza a ocorrência de ruptura geotécnica.

13/08/2018

39

Fórmulas DinâmicasAltura de queda

crescente

K

Nesta figura verifica-se que os deslocamentos permanentes (s) permanecem constantes e o valor das deformações elásticas (K) aumentam. Este caso

caracteriza a ruptura estrutural do elemento (estaca).


S=2,4mm

C2+C3 =10,8mm

Altura de queda constante

H = 40cm – Martelo 3,5t

13/08/2018

40

13/08/2018

41

Fórmulas Dinâmicas• Nega: medida da penetração permanente de uma estaca,

causada pela aplicação de um golpe de martelo ou pilão,sempre relacionada com a energia de cravação. Dada a suapequena grandeza, em geral é medida para uma série dedez golpes (NBR 6122/2010). É uma medida dinâmica eindireta da capacidade de carga de uma estaca e tem oobjetivo de verificar a uniformidade do estaqueamento.

• Repique: parcela elástica do deslocamento máximo deuma estaca decorrente da aplicação de um golpe domartelo ou pilão (NBR 6122/2010). A verificação do repiqueé feita por meio de um gŕafico traçado no final da cravaçãopara os últimos 10 golpes de cada estaca.


• Engineering News:

• C = 2,540 (mm) Martelo de gravidade;• C = 0,254 (mm) Martelo a vapor;• Fator de segurança 6.

Cs

hWR rrup

13/08/2018

42


• Fórmula dos Holandeses:

• Fator de segurança 10 martelo degravidade;

• Fator de segurança 6 martelo a vapor.

pr

rrrup WW

W

s

hWR


• Fórmula de Brix:

• Fator de segurança 5.

2

pr

prrrup

WW

WW

s

hWR

13/08/2018

43


• Fórmula de Janbu:

2

3

3

2

1..

112

.2

Cs

EAL

EC

s

ERu

ef

ef


• Fórmula de Janbu:• Onde:

• Ru = resistência máxima mobilizada;• Eef = Energia efetivamente transferida à estaca

(W.h.ef);• L = comprimento da estaca;• A = área da seção da estaca;• E = módulo de elasticidade da estaca;• s = nega;• C3 = deformação elástica do solo;• W = peso do martelo;• h = altura de queda do martelo• ef = eficiência do golpe;

13/08/2018

44


• Fórmula de Janbu:

Tipo de solo Fator Areia 1,00 – 1,15

Areia Siltosa 1,15 – 1,25Silte Aremoso 1,20 – 1,45Argila Siltosa 1,40 – 1,70

Argila 1,70 – 2,10


• Fórmula de Janbu:• = função do comprimento da estaca e da

resistência do solo na ponta da estaca;• Para L < 10m, estaca curta e resistência alta na

ponta do solo próximo da unidade, para resistência baixa fica em torno de 0,7;

• Para estacas longas L > 10m o valor de pode variar entre 0,5 e 1,0, dependendo da resistência mobilizada.

13/08/2018

45

Fórmulas Dinâmicas• OBS: Verifica-se que em solos

permeáveis e não saturados Rrup nãodifere muito da carga de ruptura de umaestaca. Para solos argilosos e saturadosisso não ocorre.

• A utilização da formula dinâmica érecomendável para um controle maisadequado do estaqueamento.

Fórmulas Dinâmicas• Principais vantagens fórmulas dinâmicas:

• Simplicidade;• Todas as estacas da obra podem ter

medições de nega e registros de cravação;• Úteis para implantar um estaqueamento

homogêneo.

13/08/2018

46

Fórmulas Dinâmicas• Principais críticas às formulas dinâmicas:

• Essas fórmulas foram baseadas na Teoria dochoque de corpos rígidos, formulada por Newtone não de corpos elásticos;

• A resistência mobilizada pelos golpes do pilãonem sempre é suficiente para despertar aresistência máxima disponível que o solo podeoferecer;

• Existem fatores pouco conhecidos envolvendo ofenômeno, tais como energia real aplicada aestaca, influência do coxim de madeira e docepo instalados no capacete.

Fórmulas Dinâmicas• Principais críticas às formulas dinâmicas:

• Eficiência do martelo varia;• Medidas de nega são imprecisas;• Aplicam-se apenas no final da cravação (a

resistência do solo varia com o tempo).

13/08/2018

47

Fórmulas Dinâmicas• Exercício: Determinar a capacidade de

carga admissível de uma estacaconcreto pré-moldada de 12 m, de 25cm de lado, cravada com um martelo de2500 kg, caindo de uma altura de 0,40m e apresentando uma nega de 1 mm.

tc 041 geotecnia de fundaÃ§Ãµes - aula 5 prova de carga ... · microsoft powerpoint - tc...

Documents