16. ESTUDO COMPARATIVO ENTRE PROVA DE CARGA ... - Unama
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CENTRO <strong>DE</strong> CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA – CCET<br />
CURSO <strong>DE</strong> ENGENHARIA CIVIL<br />
<strong>ESTUDO</strong> <strong>COMPARATIVO</strong> <strong>ENTRE</strong> <strong>PROVA</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> DINÂMICA,<br />
<strong>CARGA</strong> ESTÁTICA <strong>DE</strong> PROJETO E MÉTODOS DINÂMICOS EM<br />
ESTACAS <strong>DE</strong> PERFIS METÁLICOS: <strong>ESTUDO</strong> <strong>DE</strong> CASO.<br />
BÁRBARA CALUFF RODRIGUES<br />
JOÃO FRANCO FILHO<br />
Belém - PA<br />
2012
CENTRO <strong>DE</strong> CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA – CCET<br />
CURSO <strong>DE</strong> ENGENHARIA CIVIL<br />
<strong>ESTUDO</strong> <strong>COMPARATIVO</strong> <strong>ENTRE</strong> <strong>PROVA</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> DINÂMICA,<br />
<strong>CARGA</strong> ESTÁTICA <strong>DE</strong> PROJETO E MÉTODOS DINÂMICOS EM<br />
ESTACAS <strong>DE</strong> PERFIS METÁLICOS: <strong>ESTUDO</strong> <strong>DE</strong> CASO.<br />
BÁRBARA CALUFF RODRIGUES<br />
JOÃO FRANCO FILHO<br />
ORIENTADOR: MSC. WAN<strong>DE</strong>MYR MATA DOS SANTOS FILHO<br />
Trabalho de conclusão de curso<br />
apresentado como exigência parcial para a<br />
obtenção do título de engenheiro civil<br />
submetido à banca examinadora do Centro<br />
de Ciências Exatas e Tecnologia da<br />
Universidade da Amazônia.<br />
Belém - PA<br />
2012<br />
2
Trabalho de Conclusão de Curso submetido à Congregação do Curso de<br />
Engenharia Civil do Centro de Ciências Exatas e Tecnologia da Universidade da<br />
Amazônia como parte dos requisitos para a obtenção do título de Engenheiro Civil,<br />
sendo considerado satisfatório e A<strong>PROVA</strong>DO em sua forma final pela banca<br />
examinadora existente.<br />
BANCA EXAMINADORA:<br />
WAN<strong>DE</strong>MYR MATA DOS SANTOS FILHO, Mestre (UNAMA)<br />
(ORIENTADOR)<br />
LEONARDO AUGUSTO LOBATO BELLO, Doutor (UNAMA)<br />
(EXAMINADOR INTERNO)<br />
JOÃO LUIZ SAMPAIO JUNIOR, Doutor (FACI)<br />
(EXAMINADOR EXTERNO)<br />
Apresentado em 12 de Dezembro de 2012.<br />
3
“Escolha um trabalho de que gostes e não terás<br />
que trabalhar nenhum dia da tua vida”<br />
Confúcio<br />
4
AGRA<strong>DE</strong>CIMENTOS<br />
Agradeço a meus pais João e Paula e meus irmãos Paulo Henrique e Camila,<br />
pelo amor incondicional. Sem eles nada seria possível.<br />
A meus avós Oscar, Jacira, Felipe, Maria José e todos os meus queridos tios e<br />
primos pelo apoio em todos os meus projetos.<br />
Ao meu noivo Eugen, por todo amor, carinho e companheirismo. Meu grande<br />
incentivo e ajuda nas minhas dificuldades.<br />
Minha gratidão à UNAMA e aos professores que possibilitaram minha<br />
formação profissional.<br />
Meu carinho aos amigos de sempre e aos colegas. Em especial, agradeço ao<br />
João Franco, parceiro neste trabalho e amigo sempre presente.<br />
E assim termina e começa mais uma etapa de minha vida. Agradeço a meu<br />
Deus que tornou tudo isso possível e à minha protetora Nossa Senhora de Nazaré,<br />
minha permanente intercessora.<br />
Bárbara Caluff Rodrigues<br />
5
A Deus, pela vida, saúde, esperança e fé.<br />
A minha família, meus pais João Neto Franco e Ana Cecília, minha irmã Júlia,<br />
pelo amor incondicional.<br />
A minha namorada Lillian. Pelo amor, companheirismo e carinho.<br />
Aos Primos Aisiane, Glauber, Gustavo, Cidson e George. Pela amizade,<br />
incentivo e convivência.<br />
necessárias.<br />
A dona Izabel (Bebel) e Maria, pelos cuidados e dedicação.<br />
A UNAMA, pelos professores e servidores, sempre presentes nas horas<br />
A Construtora Bruno Miléo, especialmente aos engenheiros Bruno Miléo e<br />
Sônia Tavares, pela oportunidade de iniciar minha vida profissional em um ambiente<br />
aconchegante e exemplar.<br />
A família CONSENGE ENGENHARIA, na pessoa do engenheiro Amauri Rêgo<br />
pelo apoio e experiência profissional adquiridos durante minha estadia em Curitiba-PR.<br />
A WS GEOTECNIA, meus amigos engenheiros Stoessel Sadalla, Rafael Lobato<br />
e Wandemy Mata, este último como meu professor-orientador neste TCC; agradeço a<br />
oportunidade de aprofundar meus conhecimentos em obras de Geotecnia.<br />
sempre.<br />
A toda equipe de colaboradores da FRANCO ENGENHARIA, meus amigos de<br />
As amizades que conquistei em Belém do Pará, levarei vocês na bagagem como<br />
meus irmãos, amigos e companheiros.<br />
A turma de formandos em Engenharia Civil 2012-2 da UNAMA pela amizade,<br />
companheirismo e todos os momentos vividos durante esta jornada.<br />
Enfim, a todos que contribuíram para minha formação acadêmica e humana,<br />
meu muito obrigado, que Deus os ilumine e guarde.<br />
João Franco Filho<br />
6
RESUMO<br />
ABSTRACT<br />
SUMÁRIO<br />
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO …………………………………………………… 15<br />
CAPÍTULO 2: REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ………………………………….. 17<br />
2.1 – INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA …………………………………… 17<br />
2.1.1 – SPT – Standard Penetration Test ………………..……………. 18<br />
2.2 – TRANSFERÊNCIA <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> EM ESTACAS ................................... 20<br />
2.3 – CAPACIDA<strong>DE</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> ................................................................... 21<br />
2.4- MÉTODOS <strong>DE</strong> PREVISÃO <strong>DE</strong> CAPACIDA<strong>DE</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> ............... 21<br />
2.4.1 – Métodos Semi-Empíricos ..................................................... 22<br />
2.4.1.1 – Método de AOKI-VELOSO ....................................... 22<br />
2.4.1.2 – Método de DÉCOURT-QUARESMA ........................ 25<br />
2.4.1.3 – Método de PEDRO PAULO VELLOSO .................... 27<br />
2.5 – ESTACAS CRAVADAS .......................................................................... 28<br />
2.5.1 – ESTACAS METÁLICAS .......................................................... 29<br />
2.5.1.1. – Processo executivo de Estacas Metálicas .................. 33<br />
2.5.1.1.1 – Método de Cravação ..................................... 34<br />
2.5.1.2. – Controles de Cravação ............................................... 37<br />
2.5.1.2.1 – Controle pela Nega e Repique ...................... 37<br />
2.5.1.2.2 – Controle por formulações dinâmicas ............ 39<br />
2.5.1.2.2.1 - Fórmula dos Dinamarqueses .......... 39<br />
2.5.1.2.2.2 - Fórmula de Janbu ........................... 40<br />
2.6 – <strong>PROVA</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> ................................................................................ 41<br />
2.6.1 – <strong>PROVA</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> ESTÁTICA ............................................ 41<br />
2.6.2 – <strong>PROVA</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> DINÂMICA ........................................... 44<br />
7
2.6.2.1 – Exemplos de sinais obtidos em campo ........................ 51<br />
2.6.2.2 - Equação da Onda ......................................................... 57<br />
2.6.2.3 - Modelo de Smith .......................................................... 59<br />
2.6.2.4 – Método de análise CASE ............................................ 62<br />
2.6.2.5 – Método de análise CAPWAP ...................................... 64<br />
CAPÍTULO 3: CAMPO EXPERIMENTAL ............................................................ 68<br />
3.1 – ÁREA <strong>DE</strong> <strong>ESTUDO</strong> ................................................................................ 68<br />
3.1.1 – Características geológicas e geotécnicas de Belém ................... 71<br />
3.1.2 – Particularidades geotécnicas do solo em Belém ........................ 74<br />
3.1.3 – Investigação geotécnica da área estudada .................................. 77<br />
CAPÍTULO 4: MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................. 83<br />
4.1 – EXECUÇÃO DAS ESTACAS …………………………………………. 83<br />
4.1.1 – Preparação das estacas para a Provas de Carga Dinâmica ......... 85<br />
4.1.2 – Instrumentação das estacas ........................................................ 89<br />
4.2 – REALIZAÇÃO DA <strong>PROVA</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> DINÂMICA ......................... 93<br />
CAPÍTULO 5: APRESENTAÇÃO <strong>DE</strong> RESULTADOS ......................................... 94<br />
5.1 – DADOS OBTIDOS PELO MÉTODO CAPWAP .................................... 94<br />
5.2 – CURVAS <strong>DE</strong> RESISTÊNCIA X <strong>DE</strong>SLOCAMENTO ............................ 95<br />
5.3 – GRÁFICOS <strong>DE</strong> FORÇA MEDIDA E CALCULADA ............................ 99<br />
5.4 – GRÁFICOS <strong>DE</strong> SINAIS <strong>DE</strong> FORÇA E VELOCIDA<strong>DE</strong> ...................... 101<br />
5.5 – SIMULAÇÃO <strong>DE</strong> <strong>PROVA</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> ESTÁTICA .......................... 104<br />
5.6 – GRÁFICO <strong>DE</strong> NEGA X <strong>DE</strong>SLOCAMENTO ........................................107<br />
5.7 – COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS .................................................110<br />
CAPÍTULO 6: SUGESTÕES E CONCLUSÕES ....................................................114<br />
CAPÍTULO 7: REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...........................................116<br />
ANEXO A – PERFIL GEOTÉCNICO COMPLETO <strong>DE</strong> SONDAGEM SPT<br />
8
ANEXO B – RELATÓRIOS <strong>DE</strong> CAMPO COM DADOS OBTIDOS E<br />
MEDIÇÕES <strong>DE</strong> NEGA DURANTE O ENSAIO .<br />
ANEXO C – SINAIS <strong>DE</strong> FORÇA E VELOCIDA<strong>DE</strong> INDIVIDUAIS <strong>DE</strong> CADA<br />
GOLPE NAS ESTACAS ENSAIADAS<br />
ANEXO C – DADOS <strong>DE</strong> ANÁLISE CAPWAP<br />
9
LISTA <strong>DE</strong> SÍMBOLOS E ABREVIATURAS<br />
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas;<br />
NBR – Norma Brasileira Regulamentadora;<br />
SPT – Standard Penetration Test ou Teste de Penetração Padrão;<br />
CPT – Cone Penetrarion Test ou Teste de Penetração do Cone;<br />
PDA – Pile Driving Analyzer;<br />
ECD – Ensaio de Carregamento Dinâmico;<br />
CASE – Case Institute of Technology;<br />
CAPWAP – Case Pile Wave Analysis Program;<br />
PILE: Estaca;<br />
BN: Número do golpe;<br />
Wu: Onda Ascendente;<br />
LP: Comprimento da estaca embutido no solo;<br />
LE: Comprimento de estaca abaixo dos sensores;<br />
RMX: Capacidade mobilizada calculada pelo método CASE, para um fator<br />
deamortecimento “Jc” adotado com base nas análises CAPWAP;<br />
EMX: Energia máxima transferida para a estaca durante o golpe, na região dos sensores;<br />
CSX: Tensão máxima de compressão na região dos sensores; valor calculado a partir da<br />
média dos dois sinais de força (CSX=FMX/AR);<br />
CSI: Tensão máxima de compressão na região dos sensores; valor calculado a partir do<br />
maior dos dois sinais de força. Quanto mais próximo CSI for de CSX, menor a flexão<br />
sofrida pela estaca durante o golpe;<br />
TSX: Máxima tensão de tração calculada ao longo do fuste da estaca;<br />
DMX: Deslocamento máximo da estaca durante o golpe;<br />
DFN: Deslocamento permanente ao final do golpe;<br />
CSB: Tensão máxima de compressão na ponta da estaca;<br />
10
FMX: Máxima força de compressão originada pelo impacto do martelo, medido na<br />
região dos sensores;<br />
AR: Área de seção efetiva da estaca;<br />
EM: Módulo de elasticidade dinâmico do material da estaca;<br />
SP: Peso específico do material da estaca;<br />
WS: Velocidade de propagação da onda da estaca na região dos sensores;<br />
JC: Fator de amortecimento dinâmico do solo;<br />
2L/c: Tempo necessário para que a onda retorne ao topo da estaca;<br />
EA/C: Impedância da estaca;<br />
FR: frequência da onda;<br />
Rp – Resistência de ponta;<br />
rp - Capacidade de carga do solo na cota de apoio do elemento estrutural de fundação;<br />
Ap – Área da ponta;<br />
RL – Resistência lateral;<br />
rL - Tensão média de adesão ou de atrito lateral na espessura da camada de solo;<br />
U – Perímetro do fuste;<br />
L – Comprimento da estaca;<br />
qc – Resistência de ponta do cone;<br />
fc – Atrito lateral unitário na luva;<br />
F1 - Fator de carga de ponta em função do tipo de estaca (AOKI & VELLOSO);<br />
F2 - Fator de carga lateral em função do tipo de estaca (AOKI & VELLOSO);<br />
αAV - Relação de atrito (AOKI & VELLOSO);<br />
K – Fator de carga (AOKI & VELLOSO);<br />
N – Número de golpes do SPT;<br />
Np – Índice de resistência à penetração na cota de apoio da ponta da estaca;<br />
NL – Índice de resistência à penetração médio na camada de solo;<br />
11
ΔL – Espessura da camada de solo;<br />
C – coeficiente característico do solo (DÉCOURT & QUARESMA);<br />
αDQ - coeficiente em função do tipo de solo e estaca (DÉCOURT & QUARESMA);<br />
βDQ - coeficiente em função do tipo de solo e estaca (DÉCOURT & QUARESMA);<br />
αPPV - fator da execução da estaca (P.P. VELLOSO);<br />
λ - fator de carregamento (P.P. VELLOSO);<br />
βPPV - fator de dimensão da base (P.P. VELLOSO);<br />
b - diâmetro da ponta do CPT (P.P. VELLOSO);<br />
W - peso do pilão;<br />
h - altura de queda do pilão;<br />
R - resistência do solo à penetração da estaca;<br />
s - nega correspondente ao valor de h;<br />
E – Módulo de elasticidade da estaca;<br />
η – Fator de eficiência do sistema de cravação;<br />
A – Área da secção transversal da estaca;
RESUMO<br />
Através de Prova de Carga Dinâmica, foram analisadas 5 (cinco) estacas pré-<br />
moldadas em perfil metálico de um edifício residencial de 29 pavimentos na cidade de<br />
Belém/PA, executadas em solo bastante heterogêneo, constituído basicamente de argila<br />
silto arenosa e areia silto argilosa, sendo o primeiro material predominante no perfil<br />
geotécnico.<br />
Os resultados obtidos nas Provas de Carga Dinâmica foram confrontados com a<br />
capacidade de carga estática de projeto obtida através de métodos Semi–Empíricos de<br />
previsão capacidade de carga e também com resultados obtidos em formulações<br />
dinâmicas.<br />
Palavras Chave: Perfil metálico, Prova de Carga Dinâmica, Análise de dados.<br />
13
ABSTRACT<br />
Through Dynamic Load Test, were analyzed five (5) pre-cast piles in steel<br />
profile of a residential building of 29 floors in the city of Belém/PA, performed in<br />
heterogeneous soil, consisting primarily of silty clay and sandy silty clayey sand , the<br />
former being predominant material in geotechnical profile.<br />
The results obtained in the Dynamic Load Tests were compared to static load<br />
design obtained by semi-empirical methods forecast load and also results in dynamic<br />
formulations.<br />
Keywords: Metallic Pile, Dynamic Load Test, Data Analysis.<br />
14
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO<br />
Com o passar dos anos e fomentado pelo avanço da tecnologia, as edificações<br />
estão se tornando cada vez maiores e mais dispendiosas, inclusive sendo feitas em<br />
terrenos de baixa qualidade. Para que tais construções permaneçam estáveis são<br />
necessárias fundações competentes e leves, o que aumentou a procura por fundações<br />
metálicas. Há casos também em que pequenas edificações necessitam de fundações<br />
profundas por situarem-se em área de solos de baixa resistência. As estacas metálicas<br />
são ideias para quase todos os tipos de solo, uma vez que se adequam a viabilidade de<br />
cada terreno. (VÁRIOS AUTORES, 1998).<br />
Embora o custo de estacas metálicas ainda seja relativamente alto comparado<br />
com os outros tipos de estacas, em várias situações o uso se torna economicamente<br />
viável pois é possível atender várias fases da construção além de permitir cravação fácil,<br />
de baixa vibração, trabalhando bem à flexão e não apresentando problemas maiores<br />
quanto à manipulação, transporte, emendas ou cortes. (VÁRIOS AUTORES, 1998).<br />
A redução do tempo de construção também é um fator que leva muitos<br />
engenheiros a optarem pelas estacas metálicas, uma vez que é possível a fabricação da<br />
estrutura em paralelo com a execução das obras de fundação, montagem e concretagem<br />
de lajes. O processo de cravação é simples, rápido e extremamente eficiente, além de<br />
que há vantagem no peso das peças, que por serem leves e terem comprimento padrão<br />
facilitam a logística e armazenamento.<br />
A cidade de Belém por ser uma área de formação geológica sedimentar,<br />
encontra-se em sua maior parte sob uma grande camada de material argiloso,<br />
caracterizando solo de baixa resistência (SALAME, 2006). Devido a este fato, existem<br />
muitos casos de construções de pequeno porte, até mesmo casas, que necessitam de<br />
fundações profundas. A estaca metálica pré-moldada é uma alternativa geotécnica que<br />
vem sendo bastante utilizada afim de solucionar esse contratempo no centro de Belém.<br />
Hoje em dia já podemos observar uma grande evolução nas estruturas<br />
metálicas. Máquinas foram aperfeiçoadas através da utilização de controles numéricos e<br />
computadores. Os nossos aços estruturais evoluíram, as opções de composição e<br />
resistência aumentaram. A nossa tecnologia de solda e os parafusos de alta resistência<br />
atingiram os maiores índices de qualidade, comparáveis aos padrões internacionais.<br />
(ANDRA<strong>DE</strong>, 1999). Atualmente muitos engenheiros estão começando a se dedicar às<br />
15
estruturas metálicas, pois já uma consciência técnica disposta a enfrentar a construção<br />
metálica de edifícios de andares múltiplos (para edifícios industriais não existem mais<br />
dúvidas a respeito).<br />
Com o avanço das técnicas de execução de fundações e devido ao grau de<br />
responsabilidade de certas obras, tornou-se essencial uma melhoria nas técnicas de<br />
monitoração, visando a obtenção de informações melhores e mais precisas durante as<br />
cravações, possibilitando um controle mais adequado às novas necessidades<br />
O controle de campo da capacidade de carga pode ser realizado através de<br />
provas de carga estáticas, controle pela “nega”, controle pelo repique e o controle por<br />
instrumentação dinâmica. Nesse contexto, o monitoramento e o controle de fundações<br />
profundas através do uso de um adequado sistema de instrumentação, aquisição e<br />
interpretação de dados, desempenham um papel fundamental na avaliação do<br />
comportamento destas estruturas, notavelmente durante a fase de execução. O Ensaio de<br />
Carregamento Dinâmico (ECD), baseado na análise de cravação de estacas através de<br />
instrumentação e fundamentado na teoria da equação da onda (Smith, 1960), objetiva<br />
determinar a capacidade de carga da interação estaca-solo. Fornece informações a<br />
respeito da integridade da estaca, do deslocamento máximo e das tensões máximas de<br />
compressão e de tração durante o golpe, dentre outros subsídios.<br />
O PDA (Pile Driving Analyser) é baseado na teoria da onda (Smith - 1960).<br />
Posteriormente, Goble desenvolveu pesquisas que levaram aos equipamentos (PDA) e<br />
métodos de ensaio atuais. O princípio de todo esse processo baseia-se no fato de que<br />
quando uma estaca é atingida por um golpe, é gerada uma onda de tensão que trafega na<br />
estaca com velocidade de acordo com as características do material<br />
A evolução dos equipamentos eletrônicos de medição e dos computadores<br />
digitais fez com que as monitorações ganhassem muito em precisão e agilidade,<br />
permitindo que modelos complexos para a representação do comportamento da estaca e<br />
do solo durante a cravação fossem adotados.<br />
16
CAPÍTULO 2: REVISÃO BIBLIOGRÁFICA<br />
2.1 – INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA<br />
A Engenharia Geotécnica é uma arte que se aprimora pela experiência, pela<br />
observação e análise do comportamento das obras, para o que é imprescindível atentar<br />
para as peculiaridades dos solos com base no entendimento dos mecanismos de<br />
comportamento, que constituem a essência da Mecânica dos Solos (PINTO, 2002).<br />
De acordo com SCHNAID (2000) o reconhecimento das condições do subsolo<br />
constitui pré-requisito para projetos de fundações seguros e econômicos. No Brasil o<br />
custo envolvido na execução de sondagens de reconhecimento varia normalmente entre<br />
0,2 e 0,5% do custo total da obra, sendo as informações geotécnicas obtidas<br />
indispensáveis à previsão dos custos fixos associados ao projeto e sua solução.<br />
A elaboração de projetos geotécnicos em geral e de fundações em particular,<br />
segundo HACHICH (1996), exige um conhecimento adequado dos solos. É necessário<br />
proceder-se à identificação e a classificação das diversas camadas componentes do<br />
substrato a ser analisado, assim como à avaliação das suas propriedades de engenharia.<br />
SCHNAID (2000) frisa que novos e modernos equipamentos de investigação<br />
foram introduzidos nas últimas décadas visando ampliar o uso de diferentes tecnologias<br />
em diferentes condições de subsolo.<br />
Segundo HACHICH (1996), entre os ensaios de campo existentes em todo o<br />
mundo, alguns se destacam e serão a seguir relacionados:<br />
• “Standard Penetration Test” – SPT<br />
• O “Standard Penetration Test”, complementado com medidas de torque SPT – T<br />
• O ensaio de penetração de cone – CPT<br />
• O ensaio de penetração de cone com medida de pressões neutras, ou piezocone –<br />
CPT – U<br />
• O ensaio de palheta – “Vene Test”<br />
• Os pressiômetros ( de Ménard e auto-perfurantes)<br />
• O dilatômetro de Marchetti<br />
• Os ensaios de carregamento de placa – provas de carga<br />
• Os ensaios geofísicos, em particular o ensaio de “Cross-Hole”<br />
17
Através da natureza investigativa da atividade geotécnica, segundo SCHNAID<br />
(2000), existem ensaios que são realizados somente para identificar a estratigrafia do<br />
subsolo e dos materiais que compõem as diferentes camadas. Essas informações são<br />
importantes para os profissionais envolvidos na área do planejamento, seja no<br />
crescimento do tecido urbano, impacto ambiental decorrente da implantação industrial,<br />
entre outras aplicações. Para a análise dos resultados, visando um projeto geotécnico<br />
específico, pode-se utilizar duas abordagens distintas:<br />
• Métodos diretos: Sendo de natureza empírica ou semi-empírica, têm fundamentação<br />
estatística, a partir das quais as medidas de ensaios que são correlacionadas ao<br />
desempenho de obras geotécnicas. O SPT constitui o mais conhecido exemplo<br />
brasileiro de uso de métodos diretos de previsão, aplicado à estimativa de recalques<br />
e a capacidade de carga de fundações;<br />
• Métodos Indiretos: Os resultados dos ensaios são aplicados à previsão de<br />
propriedades construtivas de solos, possibilitando a adoção de conceitos e<br />
formulações clássicas de Mecânica dos Solos como abordagem de projeto.<br />
2.1.1 – SPT – Standard Penetration Test<br />
No final da década de oitenta foi apresentado pela “International Society for<br />
Soil Mechanics and Foundation Engeneering”, ISSMFE, um documento intitulado<br />
“International Reference Test Procedure” Décourt et al (1988), que trata, em linhas<br />
gerais, do procedimento recomendado para execução do ensaio SPT, as iniciais em<br />
inglês de “Standard Penetration Test”. No Brasil, o ensaio está normatizado pela<br />
Associação Brasileira de Normas Técnicas através da Norma Brasileira (NBR 6484).<br />
SCHNAID (2000) afirma que o SPT é reconhecidamente a mais popular,<br />
rotineira e econômica ferramenta de investigação em praticamente todo o mundo,<br />
permitindo uma indicação da densidade de solos granulares, também aplicado à<br />
identificação da consistência de solos coesivos e mesmo de rochas brandas e que os<br />
métodos rotineiros de projeto de fundações direitas e profundas usam sistematicamente<br />
os resultados de SPT, especialmente no Brasil. Esse ensaio SPT constitui-se em uma<br />
medida de resistência dinâmica conjugada a uma sondagem de simples reconhecimento.<br />
HACHICH (1996) explica que a sondagem a percussão é um procedimento<br />
geotécnico de campo, capaz de amostrar o subsolo. Quando associada ao ensaio de<br />
18
penetração dinâmica (SPT), mede a resistência do solo ao longo da profundidade<br />
perfurada. Ao se realizar uma sondagem pretende-se conhecer:<br />
• O tipo solo atravessado através da retirada de uma amostra deformada, a cada metro<br />
perfurado;<br />
• A resistência (N) oferecida pelo solo à cravação do amostrador padrão, a cada metro<br />
perfurado;<br />
• A posição do nível ou dos níveis da água, quando encontrados durante a perfuração.<br />
O procedimento de ensaio consiste na cravação deste amostrador no fundo de<br />
uma escavação (revestida ou não), usando um peso de 65,0 kg, caindo de uma altura de<br />
750 mm. O valor NSPT é o número de golpes necessário para fazer o amostrador<br />
penetrar 300 mm, após uma cravação inicial de 150 mm. As vantagens deste ensaio com<br />
relação aos demais são: simplicidade do equipamento, baixo custo e obtenção de um<br />
valor numérico de ensaio que pode ser relacionado com regras empíricas de projeto,<br />
SCHNAID (2000).<br />
A resistência à penetração é um índice intensamente empregado em projetos de<br />
fundação. A escolha do tipo de fundação para prédios comuns, de 3 a 30 pavimentos, e<br />
as definições de projeto, como tipo e comprimento de estacas, etc, são costumeiramente<br />
baseadas só nos resultados de sondagens (identificação visual e NSPT), analisadas de<br />
acordo com a experiência regional e o conhecimento geológico do local, PINTO (2002).<br />
Por ser feito no campo sem a supervisão permanente de engenheiro e por<br />
depender de diversos detalhes de operação como, por exemplo, a livre queda do<br />
martelo, a folga do tubo de revestimento no fundo ou a limpeza prévia do furo, os<br />
resultados podem apresentar discrepâncias muito acentuadas. O projetista deve ter<br />
sempre uma especial atenção com relação à qualidade das sondagens, PINTO (2002).<br />
19
Figura 01: desenho esquemático do ensaio SPT.<br />
Fonte: Schnaid, 2000.<br />
2.2 – TRANSFERÊNCIA <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> EM ESTACAS<br />
A estaca, ao ser carregada no seu topo, transfere esse carregamento para o solo,<br />
sendo que essa transferência é compreendida em parcela de carga transferida ao solo<br />
pelo fuste e parcela de carga transferida pela ponta.<br />
A transferência de cargas no sistema solo-estaca se dá pelo equilíbrio entre as<br />
forças solicitantes e resistentes ao longo da estrutura, sendo que o sistema possui uma<br />
função de transferência de carga ao longo da profundidade (NOGUEIRA, 2004). Desta<br />
forma, o solo absorve parte da força normal atuante na seção da estaca, a qual vai<br />
diminuindo de intensidade ao longo da profundidade.<br />
A transferência da carga aplicada no topo da estaca para o solo circundante é<br />
um fenômeno complexo que depende de diversos fatores, dentre os quais o tipo de solo,<br />
20
seu estado de tensão e as suas características de resistência e deformação; o método de<br />
instalação da estaca; a geometria, dimensões e características do material que constitui a<br />
estaca; o tempo decorrente entre a instalação da estaca e a sua solicitação e a<br />
intensidade da carga, a velocidade de sua aplicação e o esquema de solicitação da estaca<br />
(FONTOURA, 1982).<br />
2.3. – CAPACIDA<strong>DE</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong><br />
Segundo Reese et al. (2006), as estacas são empregadas com duas finalidades:<br />
aumentar a capacidade de carga do solo e reduzir os recalques da fundação. A<br />
capacidade de carga de uma estaca metálica varia de acordo com a sua seção/perímetro<br />
e comprimento. As cargas admissíveis estruturais, fornecidas geralmente em tabelas,<br />
são valores máximos de cargas resistivas (tensão de escoamento), calculadas em função<br />
do material. Portanto, podemos ter perfis com seção/perímetro iguais e comprimentos<br />
diferentes (ou vice-versa) com capacidades de cargas distintas.<br />
A NBR 6122/2010 exige que seja verificada a flambagem apenas quando as<br />
estacas estiverem sua cota de arrasamento acima do nível do terreno (levada em conta a<br />
eventual corrosão) ou quando atravessarem solos moles. Normalmente não há<br />
flambagem em estacas comprimidas que permanecem totalmente enterradas.<br />
A Capacidade de Carga Geotécnica é a soma da parcela de carga por atrito<br />
lateral ao longo do fuste da estaca com a parcela de carga devido à ponta da estaca. É<br />
variável que influencia neste cálculo a “adesão média solo-estaca, na ruptura” e<br />
“resistência unitária (à ruptura) do solo sob a ponta da estaca”; uma vez que as outras<br />
grandezas influenciadoras são geométricas. Para se aumentar a capacidade de carga de<br />
ponta de estaca, pode-se soldar dois segmentos de perfis, aumentando a área de contato<br />
com o solo. Para este aumento de área, nunca utilizar blocos de concreto, uma vez que<br />
este provocará grandes deslocamentos transversais e consequentemente diminuição da<br />
resistência lateral.<br />
2.4- MÉTODOS <strong>DE</strong> PREVISÃO <strong>DE</strong> CAPACIDA<strong>DE</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong><br />
Existem dois tipos de métodos estáticos disponíveis para cálculo de carga axial<br />
de uma estaca isolada, que podem ser assim agrupados:<br />
21
- Métodos teóricos ou racionais;<br />
- Métodos semi-empíricos.<br />
Eles calculam a capacidade de carga mediante fórmulas que consideram toda a<br />
resistência ao cisalhamento estática que pode ser mobilizada no solo. Para estimar essa<br />
resistência ao cisalhamento, realizam-se ensaios de laboratório ou ensaios “in situ”, em<br />
conformidade com a necessidade do método utilizado. Os métodos semi-empíricos mais<br />
comuns foram utilizados nesta dissertação e serão a seguir apresentados.<br />
2.4.1 – Métodos Semi-Empíricos<br />
São aqueles que se baseiam em ensaios “in situ” de penetração dinâmica (SPT)<br />
ou de penetração estática (CPT). São os mais usados atualmente e, por isso, alguns<br />
deles, de maior importância, serão detalhados a seguir:<br />
2.4.1.1 – Método de AOKI-VELOSO<br />
O método de Aoki e Velloso (1975) foi desenvolvido a partir de um estudo<br />
comparativo entre resultados de provas de cargas em estacas e de SPT. O método pode<br />
ser utilizado tanto com dados do SPT como do ensaio CPT. A expressão da capacidade<br />
de carga da estaca pode ser escrita relacionando a resistência de ponta e o atrito lateral<br />
da estaca com resultados do CPT. Considerando que o fuste da estaca atravessa n<br />
camadas distintas de solo, as parcelas de resistência de ponta (Rp) e de resistência<br />
lateral (Rl) que compõem a capacidade de carga (R) são dadas por:<br />
Rp = rp . Ap<br />
!<br />
Rl =
Os valores de rp e rl podem ser calculados a partir da resistência de ponta (qc)<br />
e do atrito lateral unitário (fc) medido em ensaios de penetração estática CPT:<br />
rp= !"<br />
!!<br />
rl= !"<br />
!!<br />
Em que F1 e F2 são coeficientes de transformação que englobam o tipo de<br />
estaca e o efeito escala entre a estaca (protótipo) e o cone do CPT (modelo) cujos<br />
valores para estacas Franki, metálica, pré-moldada e escavada, são apresentados na<br />
Tabela a seguir.<br />
Tabela 01 - Coeficientes de transformação F1 e F2 ( Aoki-Velloso, 1975).<br />
Tipo de estaca F1 F2<br />
Franki 2,5 5,0<br />
Metálica 1,75 3,5<br />
Pré-moldada 1,75 3,5<br />
Escavada 3 6<br />
Quando não se mede o valor de fc, pode-se correlacioná-lo com a resistência de<br />
ponta qc. Em que α é função do tipo de solo.<br />
Fc = α.qc<br />
Além disso, quando não se dispõem de ensaios CPT, o valor da resistência de<br />
ponta (qc) pode ser estimado por uma correlação com o índice de resistência à<br />
penetração ( N ) dos ensaios de penetração dinâmica SPT:<br />
em que K depende do tipo de solo.<br />
qc = K.N<br />
23
Tabela 02 - Coeficientes K e α (Aoki-Velloso, 1975).<br />
Tipo de Solo K (Mpa) α (%)<br />
Areia 1,00 1,40<br />
Areia siltosa 0,80 2,00<br />
Areia silto-argilosa 0,70 2,40<br />
Areia argilosa 0,60 3,00<br />
Areia argilo-siltosa 0,50 2,80<br />
Silte 0,40 3,00<br />
Silte arenoso 0,55 2,20<br />
Silte areno-argiloso 0,45 2,80<br />
Silte argiloso 0,23 3,40<br />
Silte argilo-arenoso 0,25 3,00<br />
Argila 0,20 6,00<br />
Argila arenosa 0,35 2,40<br />
Argila areno-siltosa 0,30 2,80<br />
Argila siltosa 0,22 4,00<br />
Argila silto-arenosa 0,23 3,00<br />
Em que Np e Nl são, respectivamente, o índice de resistência à penetração na<br />
cota de apoio do elemento estrutural de fundação e o índice de resistência à penetração<br />
médio na camada de solo de espessura Δl, obtidos a partir da sondagem mais próxima.<br />
Portanto, a capacidade de carga (R) de um elemento isolado de fundação pode<br />
ser estimada pela fórmula semi-empírica:<br />
R= !.!"<br />
!!<br />
.
Com o valor médio da capacidade de carga dos elementos isolados de fundação<br />
(Rmed) e um coeficiente de segurança de no mínimo 2 (Aoki, 1976), a carga admissível<br />
(Padm) oriunda da análise de ruptura geotécnica, resulta<br />
Padm ≤ !"#$<br />
!<br />
2.4.1.2 – Método de DÉCOURT-QUARESMA<br />
No Método Décourt-Quaresma (1978), as parcelas de resistência (R1 e R p ) da<br />
capacidade de carga (R) de um elemento isolado de fundação são expressas por:<br />
Rl = rl .Sl<br />
Rp = rp.Ap<br />
A estimativa da tensão de adesão ou de atrito lateral (rl) é feita com o valor<br />
médio do índice à penetração do SPT ao longo do fuste (Nl), de acordo com Décourt<br />
(1982) os valores de (rl) são:<br />
rl =10. !"<br />
! + 1 (Kpa)<br />
onde o limite superior de Nl = 50, para estacas de deslocamento e estacas<br />
escavadas com betonita, e Nl ≤ 15 para estacas Strauss e tubulões a céu aberto, o limite<br />
inferior Nl = 3.<br />
Convém lembrar a impossibilidade de cravar estacas pré-moldadas e tubos<br />
Franki em terrenos com SPT da ordem de 50 golpes (para estacas pré-moldadas, o<br />
limite é de 15 a 35 golpes, em solos arenosos e 30 golpes em solos argilosos).<br />
A capacidade de carga do solo à ponta ou base do elemento estrutural de<br />
fundação ( rp ) é estimada pela equação:<br />
rp = C.Np<br />
em que Np = valor médio do índice de resistência à penetração na ponta ou base do<br />
elemento estrutural de fundação, obtido a partir de três valores: o correspondente ao<br />
nível da ponta ou base, o imediatamente anterior e o imediatamente superior.<br />
C = fator característico do solo (Tabela)<br />
25
Tabela 03 - Fator característico do solo C (Décourt-Quaresma, 1978).<br />
Tipo de solo C (KPa)<br />
Argila 120<br />
Silte argiloso (alteração de rochosa) 200<br />
Silte arenoso (alteração de rocha) 250<br />
Areias 400<br />
A norma prevê que a carga admissível de uma estaca seja determinada<br />
aplicando-se um coeficiente de segurança global igual a 2,0 à soma das cargas de ponta<br />
e lateral.<br />
“parciais” onde:<br />
Padm≤ !"#$<br />
!<br />
Décourt (1982) propõem a utilização de quatro coeficientes de segurança<br />
Fp = coeficiente de segurança relativo aos parâmetros do solo (igual a 1,1 para o atrito<br />
lateral e 1,35 para a resistência de ponta).<br />
Ff = coeficiente de segurança relativo à formulação adotada (igual 1,0).<br />
Fd = coeficiente de segurança para evitar recalques excessivos (igual a 1 para o atrito<br />
lateral e 2,5 para resistência de ponta).<br />
Fw = coeficiente de segurança relativo à carga de trabalho da estaca (igual a 1,2). Com<br />
isso ter-se-á:<br />
- para a resistência lateral: Fs = 1,1x1,0x1,0x1,2 = 1,32 ≅ 1,3<br />
- para a resistência de ponta: e a carga admissível na estaca será dada por:<br />
R’ = !" !"<br />
+<br />
!,! !,!<br />
para os elementos isolados de fundação, seu valor médio (R'med) representa a carga<br />
amissível, desde que atenda também ao coeficiente de segurança global de 2.<br />
Décourt (1996) introduziu coeficientes ∝ e
geral (inclusive tubulões a céu aberto), estacas tipo hélice contínua e raiz e estacas<br />
injetadas sob altas pressões. Os valores propostos para ∝ e
β = 0 para estacas tracionadas e Bp = B<br />
β = 1,016 – 0,016 !"<br />
!<br />
em que b = diâmetro da ponta do CPT (= 3,6 cm para o cone padrão)<br />
ql,rup = atrito lateral médio em cada camada de solo atravessada pela estaca<br />
qp,rup = resistência de ponta da estaca.<br />
Dispondo-se apenas de resultados de sondagem com SPT, para o método de<br />
Velloso (1981), pode-se adotar:<br />
qp,rup = aN b e ql,rup = a’N b’<br />
Onde N é a resistência à penetração do SPT e os parâmetros a’, b’, a e b são obtidos de<br />
correlações entre o SPT e o CPT, cujos valores são fornecidos na tabela a seguir.<br />
Tabela 06 – Valores aproximados dos fatores a, b, a´, b´ (Velloso, 1981)<br />
Tipo de Solo<br />
Ponta Atrito lateral<br />
a b A’ b’<br />
(kPa) (kPa) (kPa) (kPa)<br />
Areias sedimentares submersas 600 1 5,0 1<br />
Argilas sedimentares submersas 250 1 6,3 1<br />
Solos residuais de gnaisse areno-siltoso submerso 500 1 8,5 1<br />
Solos residuais de gnaisse silto-arenoso submerso 400 1 8,0 1<br />
2.5 – ESTACAS CRAVADAS<br />
Segundo OLIVEIRA FILHO, as estacas cravadas, também conhecidas como<br />
estacas de deslocamento, são elementos estruturais pré-fabricados, utilizadas para<br />
vencer as diversas camadas do solo mais resistentes por meio de uma energia de<br />
cravação (a percussão) e com o intuito de estabilizar a futura edificação.<br />
Fazem parte do grupo que abrange as fundações profundas, pois só atingem a<br />
resistência desejada em grandes profundidades, sendo maiores que o dobro da dimensão<br />
menor não podendo ser inferior a três metros.<br />
28
Sua principal característica é a transmissão de carga ao solo, de acordo com a<br />
resistência de ponta ou mesmo pela resistência de atrito lateral ou até mesmo com a<br />
junção das duas de acordo com a norma NBR 6122/2010. A carga admissível é<br />
encontrada através de cálculos de capacidade de carga que permite integrar a relação<br />
estaca-solo. Um dos tipos mais comuns de estacas cravadas na região são as estacas<br />
metálicas.<br />
2.5.1 – ESTACAS METÁLICAS<br />
“São fundações profundas cravadas a percussão, constituídas de perfis de aço<br />
laminados ou soldados, simples ou múltiplos, tipo “H” e “I”, chapas dobradas de<br />
seção quadrada, retangular e circular (tubos) e ainda de trilhos reaproveitados de<br />
ferrovias, quando substituídos ou desativados.” (SALAME, 2006)<br />
As estacas metálicas apresentam vantagens como a transmissão de pouca<br />
vibração aos terrenos vizinhos, oferecem grande capacidade de carga como elemento<br />
estrutural, fácil transporte, boa trabalhabilidade e manuseio e emendas eficientes. São<br />
fundações que podem ser cravadas em quase todos os tipos de terreno e se utilizadas em<br />
serviços provisórios, podem ser reaproveitadas várias vezes. (BARROS, 2003) É<br />
necessário cuidado com a corrosão do material metálico durante o seu uso, porém<br />
quando permanecem inteiro e totalmente enterrado em solo natural, devido a pouca<br />
quantidade de oxigênio no local, a reação química tão logo começa e este componente<br />
já se esgota, fazendo com que a preocupação com a corrosão nesses casos seja mínima.<br />
(VÁRIOS AUTORES, 1998).<br />
As estacas metálicas mais utilizadas e suas respectivas cargas admíssiveis estão<br />
especificadas na Tabela a seguir.<br />
Tabela 07 – Estacas de aço / cargas admissíveis usuais. Fonte: SALAME, 2006.<br />
Tipo de Perfil<br />
σ = 60 a 100<br />
Kgf/cm 2<br />
Tipo<br />
Dimensão<br />
Carga Máxima<br />
(tf)<br />
Área (cm 2 )<br />
Peso/metro<br />
(Kg/m)<br />
Trilhos TR 25 20 31,4 24,6<br />
Trilhos TR 32 25 40,9 32,0<br />
Trilhos TR 37 30 47,3 37,1<br />
29
Trilhos TR 45 35 56,8 44,6<br />
Trilhos TR 50 40 64,2 50,3<br />
Trilhos 2 TR 32 50 81,8 64,0<br />
Trilhos 2 TR 37 60 94,6 74,2<br />
Trilhos 3 TR 32 75 122,7 96,0<br />
Trilhos 3 TR 37 90 141,9 111,3<br />
Perfil H H 6” 40 47,3 37,1<br />
Perfil I I 8” 30 34,8 27,3<br />
Perfil I I 10” 40 48,1 37,7<br />
Perfil I I 12” 60 77,3 60,6<br />
Perfil I 2 I 10” 80 96,2 75,4<br />
Perfil I 2 I 12” 120 154,6 121,2<br />
Existem condições básicas mais frequentes que devem ser observadas para a<br />
utilização das estacas metálicas em fundações. A obra em questão geralmente é de<br />
médio a grande porte e possui camadas de elevada resistência distantes da superfície.<br />
As estacas metálicas mais utilizadas em Belém são principalmente as de tipo<br />
trilho de seção simples ou múltipla, reaproveitados após o uso de linhas férreas, desde<br />
que não venha comprometer seu peso, onde sua redução não poderá ser superior a 20%<br />
do valor teórico que está estipulado entre 20 e 30%. (SALAME, 2006)<br />
Figura 02: Seções transversais de estacas metálicas<br />
Fonte: HACHICH e outros, 2003.<br />
30
Embora o custo das estacas metálicas seja elevado, não apenas pelo custo do<br />
material, mas também pelo comprimento do perfil que será necessário para transferir a<br />
carga ao solo, as mesmas podem se tornar economicamente viáveis. Uma vez que são<br />
fáceis de cravar, podem atender a várias fases de construção da obra, causam baixa<br />
vibração, trabalham bem a flexão e não apresentam dificuldades quanto à manipulação e<br />
transporte. Podem ser associadas a outros tipos de estacas, tornando-se muitas vezes<br />
uma solução econômica e eficiente. (SALAME, 2006)<br />
Outra vantagem é o fato delas poderem atravessar terrenos resistentes sem<br />
romper e sem grande risco de provocar levantamento de estacas vizinhas, devido a sua<br />
pequena seção transversal juntamente com a sua elevada resistência. Além da facilidade<br />
de corte e emenda de modo a reduzir “perdas” decorrentes da variação da cota de apoio<br />
do extrato resistente, principalmente em solos residuais jovens. (SALAME, 2006)<br />
Quando os perfis metálicos atravessam camadas espessas de argila mole e<br />
apóiam-se em solo de alta resistência ou rocha, recomenda-se aumentar a sua área de<br />
ponta mediante solda de segmento dos perfis. (SALAME, 2006) Esta solução não<br />
provoca amolgamento e nem grandes deslocamentos transversais durante a cravação da<br />
estaca, evitando desconfinamento do fuste e minimizando os problemas de desaprumo e<br />
flambagem.<br />
Figura 03: Área da ponta aumentada<br />
Fonte: Vários Autores, 1998.<br />
31
Na grande maioria das situações encontradas, as estacas metálicas dispensam<br />
tratamento anticorrosivo. Segundo PANNONI (2006), um fato é que a velocidade da<br />
corrosão de metais enterrados em solos secos é, de modo geral, desconsiderada. Porém,<br />
o crescimento do nível de umidade do solo faz com que a velocidade da corrosão seja<br />
controlada pela resistividade elétrica, acidez e teor de oxigênio.<br />
HACHICH (1996) compartilha do mesmo pensamento, ao afirmar que hoje em<br />
dia não se questiona o problema de corrosão das estacas metálicas quando as mesmas<br />
permanecem inteira e totalmente enterradas em solo natural, isto porque a quantidade de<br />
oxigênio que ocorre nos solos naturais é tão pequena que a reação química tão logo<br />
começa, já esgota completamente este componente responsável pela corrosão.<br />
Entretanto, a favor da segurança, a NBR 6122/2010 exige que nas estacas<br />
metálicas enterradas se desconte 1,5 mm de toda sua superfície em contato com o solo,<br />
resultando uma área útil menor do que a área real do perfil.<br />
Figura 04: Emenda típica de perfis trabalhando como estacas comprimidas.<br />
Fonte: GERDAU, 2006.<br />
32
As emendas das estacas metálicas são feitas por solda com utilização de talas,<br />
confeccionadas a partir do próprio perfil. Elas podem ser facilmente soldadas ou podem<br />
também fazer uso de talas de junção ou também talas parafusadas, com o intuito de<br />
reforçar as juntas pois é onde apresentam maior fragilidade. A prática normal é se usar<br />
talas tiradas da aba para serem soldadas nas abas, e talas da alma na própria a alma.<br />
2.5.1.1. – Processo executivo de Estacas Metálicas<br />
A primeira etapa da execução é o dimensionamento do comprimento e seções<br />
tranversais das estacas que será determinado pelo engenheiro calculista no projeto de<br />
fundações. Posteriormente, será feita a locação dos pontos de cravação das estacas sobre<br />
o terreno. Com a ajuda de gabarito de madeira os eixos das estacas serão marcados e<br />
nos cruzamentos desses eixos estarão os pontos de locação.<br />
Concluído o processo de cravação do perfil, pode haver necessidade de emenda<br />
em outro perfil para que o serviço prossiga. A emenda deverá ser feita através de uma<br />
solda de topo dos perfis e de duas talas opostas, em relação às suas almas. (CEHOP,<br />
2012) As almas das seções de topo dos pefis a serem soldados deverão ser chanfradas<br />
segundo um dos seguintes quatro tipos de entalhe seguintes:<br />
Figura 05. Tipos de entalhe<br />
Fonte: CEHOP, 2012.<br />
33
2.5.1.1.1 – Método de Cravação<br />
O equipamento de cravação será dimensionado de forma que consiga levar a<br />
estaca a encontrar uma resistência de ponta a sua penetração oferecida pelo solo,<br />
indicando a presença de camada suficientemente resistente para seu apoio mas sem<br />
acarretar danos. Esse equipamento é composto de um bate-estaca e de um martelo.<br />
O martelo poderá ser de queda livre, que é quando for alçado por um cabo e<br />
cair sobre a cabeça da estaca por ação da gravidade, ou a vapor ou ar comprimido, que<br />
caracteriza-se quando é adapatado à cabeça da estaca um dispositivo que utiliza esses<br />
elementos (ar ou vapor) para o levantamento do martelo. A queda do martelo irá<br />
caracterizar o tipo de equipamento. Martelo de ação simples é se cai pela ação da<br />
gravidade e martelo de dupla ação quando o impacto da queda é ajudado pela reinjeção<br />
de vapor ou de ar comprimido. (CEHOP; 2012).<br />
Martelo tipo queda livre são os mais simples, e consequentemente, os mais<br />
utilizados no Brasil. Para facilitar a penetração de estacas (pré-moldadas metálicas, de<br />
concreto e madeira) pelas diversas camadas do solo, existem vários processos que<br />
facilitam essa cravação, contudo o método mais usual que é o por percussão. Com isso,<br />
é usado um tipo de guindaste especial chamado de Bate estaca, dotado de um martelo,<br />
conhecido como pilão, de queda livre ou automático denominado de martelo diesel.<br />
• O martelo possui formas e tamanhos variados, usualmente são encontrados nos<br />
formas circulares e retangulares, seu peso também é variado pois ambos dependem<br />
principalmente do tipo de estaca a ser empregada na obra.<br />
• O cabo de aço é o componente que tem como função a sustentação do martelo para a<br />
futura cravação da estaca, no entanto devendo obedecer a NR11 – Transporte,<br />
Movimentação, Armazenagem e Manuseio de materiais (Segurança, 1996).<br />
• O motor é geralmente o mesmo de um caminhão, onde é acoplado a parte traseira do<br />
bate estaca, aproximadamente ao lado do operador. Por não haver um melhor<br />
tratamento do aparelho, possui um grande desconforto sonoro no canteiro de obras.<br />
• As engrenagens são responsáveis pela sustentação e movimentação do martelo,<br />
auxiliados pelo cabo de aço, para a cravação da estaca.<br />
• O martelo de queda livre é levantado pelo guincho e deixado cair quando o tambor<br />
do guincho é desacoplado do motor por um sistema de embreagem.<br />
34
• O guincho também tem a finalidade de fazer o içamento das estacas e executar o<br />
deslocamento da plataforma sobre os rolos.<br />
Sendo assim, um bate estaca é composto de uma base onde localiza-se o<br />
motor a diesel, a torre onde irão passar os cabos de aço para sustentar o martelo e<br />
cravar a estaca, logo essa base é apoiada sobre madeiras guias com o intuito de dar<br />
uma segurança e movimentações melhores ao aparelho e as engrenagens, e por fim<br />
as luvas ou capacetes que são colocados nas pontas ou cabeças das estacas para a<br />
proteção das mesmas no momento do impacto da cravação, geralmente são de<br />
materiais resistentes como o ferro, mais ainda existem obras em que ainda são<br />
utilizados capacetes de madeira.<br />
Figura 06: Bate-estaca sobre rolos metálicos equipados com martelo de queda livre.<br />
Fonte: ABEF, 2004<br />
35
Entre o martelo e a estaca são utilizados os acessórios de cravação, para<br />
amortecer os golpes e uniformizar as tensões aplicadas à estaca:<br />
• Capacete: para guiar a estaca e acomodar os amortecedores;<br />
• O primeiro amortecedor – cepo -, colocado em cima do capacete visando proteger o<br />
martelo de tensões elevadas;<br />
• O segundo amortecedor – almofada ou coxim -, colocado entre o Capacete e a estaca,<br />
visando proteger a estaca.<br />
Figura 07: Durante o processo de Cravação<br />
Fonte: VELLOSO E LOPES, 2002.<br />
As estacas metálicas podem ser cravadas com a utilização de martelos de queda<br />
livre, martelos hidráulicos, martelos a diesel, martelos pneumáticos e martelos<br />
vibratórios. A escolha de um ou outro martelo depende, principalmente, das<br />
características do solo, do comprimento da estaca e do nível de barulho e vibração. Da<br />
boa escolha do martelo resultará um melhor desempenho do processo de cravação, em<br />
particular quanto às vibrações e ao barulho que, hoje em dia em centros urbanos,<br />
acabam sendo a condicionante para a escolha do tipo de estaca e do tipo de martelo.<br />
Qualquer que seja o martelo empregado, o controle da cravação é feito,<br />
tradicionalmente pela nega, pelo repique e, em obras mais importantes, pelo ensaio<br />
de carregamento dinâmico (NBR 13208/1994 da ABNT).<br />
Para garantir que o perfil seja cravado na posição de projeto deve-se<br />
providenciar um gabarito de madeira “enterrado” conforme se mostra a figura a seguir.<br />
36
2.5.1.2. – Controles de Cravação<br />
Figura 08: Gabarito para a cravação de estaca.<br />
Fonte: GERDAU, 2006.<br />
O controle da cravação de uma estaca é, tradicionalmente, efetuado pela<br />
medição do número de golpes necessário para uma dada penetração permanente da<br />
estaca no terreno. Denomina-se nega ao valor do deslocamento permanente médio<br />
obtido nos 10 últimos golpes do processo de cravação. Outra maneira de se obter a nega<br />
é através da técnica da colagem de uma folha de papel na estaca, sobre a qual um lápis é<br />
movimentado horizontalmente, durante o golpe do martelo. Esse procedimento permite<br />
não só a medição da nega, mas também do repique (deslocamento elástico), também<br />
usado na estimativa de capacidade de carga.<br />
2.5.1.2.1 – Controle pela Nega e Repique<br />
A nega é correlacionada à capacidade de carga da estaca através das fórmulas<br />
dinâmicas. Assim, a partir da capacidade de carga desejada (determinada através de<br />
métodos teóricos ou semi-empíricos), pode-se fixar a nega máxima satisfatória para<br />
determinada estaca em uma obra. Por outro lado, poder-se-ia estimar a capacidade de<br />
carga de uma estaca conhecendo-se sua nega. Caso uma estaca não atinja a nega<br />
especificada, a estaca não está aceita, devendo- se proceder a uma recravação ou até<br />
mesmo reforço (em casos mais críticos).<br />
Conforme Guimarães (2008), todas as equações de controle pela nega foram<br />
estabelecidas, comparando-se a energia disponível no topo da estaca com a gasta para<br />
promover a ruptura do solo, em decorrência de sua cravação, somada às perdas, por<br />
impacto e por atrito, necessárias para vencer a inércia da estaca imersa no solo.<br />
37
Onde w = peso do pilão<br />
h = altura de queda do pilão<br />
Figura 09: Registro do repique e nega<br />
Fonte: VELLOSO E LOPES, 2002.<br />
W .h = R.s + perdas<br />
R = resistência do solo à penetração da estaca<br />
s = nega correspondente ao valor de h<br />
As equações de cálculo das negas ajudam a controlar o estaqueamento para<br />
obter-se certa uniformidade ao longo da cravação, ou seja, para estacas com cargas e<br />
comprimentos iguais, negas aproximadamente iguais.<br />
Quando se aplica um golpe de martelo ou pilão na cabeça de uma estaca, ela<br />
sofre um deslocamento. A parcela elástica desse deslocamento é chamada de repique e<br />
pode ser obtido através de um registro gráfico em folha de papel fixada na seção<br />
considerada, movendo-se um lápis, apoiado em régua fixa, lenta e continuamente<br />
durante o golpe. O repique, desde que bem interpretado, permite estimar, no instante da<br />
cravação, a carga mobilizada (GUIMARÃES, 2008).<br />
O repique (K) é composto de duas parcelas: A parcela C2 corresponde à<br />
deformação elástica do fuste da estaca, enquanto a parcela C3, ao deslocamento elástico<br />
do solo sob a ponta da estaca.<br />
38
2.5.1.2.2 – Controle por formulações dinâmicas<br />
As fórmulas dinâmicas buscam justamente correlacionar a energia de queda do<br />
martelo com a resistência à cravação da estaca, através da nega. Estas fórmulas,<br />
basicamente enfocam a conservação de energia e, algumas delas, incorporam as leis de<br />
choque de Newton. A maioria destas fórmulas foi deduzida com base na lei de Newton<br />
referente ao impacto entre dois corpos rígidos, e igualam a energia de queda do martelo<br />
com a nega multiplicada pela resistência dinâmica à cravação. Inicialmente estas<br />
fórmulas não levavam em consideração as perdas de energia durante o choque;<br />
posteriormente, estas perdas foram levadas em consideração e introduzidas nestas<br />
fórmulas. Há de se notar logo adiante que tais perdas variam de acordo com o modelo<br />
proposto por cada autor (VELLOSO e LOPES, 2002).<br />
Existem várias equações, no entanto as mais usada são:<br />
Equação de Dinamarqueses:<br />
Equação de Janbu:<br />
2.5.1.2.2.1 - Fórmula dos Dinamarqueses<br />
A fórmula dos Dinamarqueses, desenvolvida por SORENSEN e HANSEN<br />
(1957), considera a eficiência do martelo, η, e a perda de energia na compressão elástica<br />
da estaca. Utiliza-se um fator de correção igual a 2.<br />
A fórmula se baseia em:<br />
Ƞ .
sendo<br />
onde: Ƞ= eficiência do sistema de cravação.<br />
Combinando as 2 equações, obtêm-se<br />
Recomenda-se usar na fórmula dos dinamarqueses:<br />
• η = 0,7 para martelos de queda livre<br />
• η = 0,9 para martelos diesel<br />
• coeficiente de segurança FS=2.<br />
Sugere-se as relações contidas na tabela como orientação para controle de cravação.<br />
Tabela 08 - Orientações de cravação e aplicação da fórmula dos dinamarqueses.<br />
2.5.1.2.2.2 - Fórmula de Janbu<br />
(VELLOSO E LOPES, 2002)<br />
Proposta em 1953, a fórmula de Janbu adota constantes empíricas e a relação<br />
entre pesos da estaca e do martelo, bem como perdas de energia por compressão elástica<br />
de estaca. Para esta fórmula, recomenda-se um fator de segurança igual a 2.<br />
40
sendo
estrutural de fundação, quanto à ruptura e recalques.<br />
Dentre os tipos de ensaios de carga controlada, os mais comuns são os de carga<br />
incremental, sendo suas variantes aquelas em que os incrementos de carga são mantidos<br />
até a sua estabilização (ensaio lento, conhecido como SML: “slow maintained load”) e<br />
aquele em que os incrementos de carga são mantidos por um tempo preestabelecido,<br />
normalmente 15 minutos (ensaio rápido, conhecido como QML: “quick maintained<br />
load”) (GUIMARÃES, 2008). Os ensaios de carga cíclica, tais como os chamados CLT<br />
(“cyclic load test”) e SCT (“swedish cyclic test”), são ensaios especiais para atender a<br />
certo padrão de carregamento (GUIMARÃES, 2008).<br />
O ensaio de carga incremental mantida lenta é o que melhor se aproxima do<br />
carregamento que a estaca terá sob a estrutura nos casos correntes. Como uma<br />
estabilização completa só seria atingida para tempos muito grandes, a NBR 12131/2005<br />
permite que se considere estabilizado o recalque quando o incremento do recalque, lido<br />
entre dois tempos sucessivos, não ultrapassar 5 % do recalque medido naquele estágio<br />
de carga (as leituras são feitas em tempos duplicados: 1, 2, 4, 8, 15, 30, 60 min, etc.).<br />
Nas provas de carga de compressão, o carregamento é feito mediante um<br />
macaco hidráulico reagindo contra um sistema de reação, geralmente constituído por<br />
uma viga ou estrutura metálica. Os tipos de montagem mais usuais de provas de carga<br />
de compressão estão indicados na Figura a seguir.<br />
Figura 10: Sistemas de reação usuais para provas de carga estáticas em estacas<br />
Fonte: GONÇALVES, 2008.<br />
42
Em qualquer esquema de montagem de prova de carga, devem ser tomados<br />
certos cuidados para evitar influências indesejáveis, tais como: centralização e<br />
alinhamento dos macacos e células de carga utilizadas, distância mínima dos tirantes ou<br />
estacas de reação em relação ao elemento a ensaiar, excesso de capacidade de carga do<br />
sistema de reação em relação à carga máxima prevista no ensaio, tempo de cura de<br />
elementos de concreto moldados “in situ”, para que a resistência atingida seja<br />
compatível com as solicitações da prova de carga, intervalo de tempo mínimo entre a<br />
instalação de estacas pré-moldadas cravadas e o início do ensaio, que deve corresponder<br />
ao tempo necessário para restabelecimento do solo em torno da estaca (que havia sido<br />
alterado pela cravação) (GUIMARÃES, 2008). Outro aspecto que merece cuidados<br />
especiais é a fixação e calibração prévia do sistema de referência, para medidas de<br />
recalques através de deflectômetros ou extensômetros mecânicos. A fim de evitar<br />
dúvidas quanto à calibração do macaco, recomenda-se o emprego de uma célula de<br />
carga, geralmente colocada entre o macaco e o sistema de reação; por outro lado, como<br />
um pequeno desalinhamento na montagem da prova de carga (frequentemente<br />
imperceptível) pode causar um aumento considerável de atrito no macaco, é<br />
aconselhável adotar-se uma rótula entre a célula de carga e o sistema de reação<br />
(GUIMARÃES, 2008).<br />
A Figura a seguir mostra o sistema de carregamento usualmente utilizado em<br />
provas de carga estáticas de compressão.<br />
Figura 11: Esquema de medição em provas de carga de compressão<br />
Fonte: GONÇALVES, 2008.<br />
43
A NBR 12131/2006 – Estacas – Prova de Carga Estática traz todas as<br />
referências quanto aos dispositivos para aplicações de carga e medições, procedimentos<br />
para a execução do ensaio e preparação da prova de carga e ainda, como os resultados<br />
devem ser apresentados.<br />
A NBR 6122/2010 – Projeto e Execução de Fundações indica a importância<br />
dada aos ensaios de prova de carga estática, uma vez que admite uma significativa<br />
redução em coeficientes de segurança a serem adotados em projetos, utilizados no<br />
cálculo de cargas admissíveis, desde que tenham sido realizadas provas de carga em<br />
quantidade adequada.<br />
2.6.2 – <strong>PROVA</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> DINÂMICA<br />
A monitoração de estacas cravadas iniciou-se na década de 80 e consiste na<br />
instrumentação do fuste da estaca com transdutores e acelerômetros, que permitem<br />
monitorar a propagação das ondas decorrentes do golpe de um martelo do bate-estaca<br />
(Figura). Os sinais ou informações que os sensores fornecem são condicionados e<br />
processados por um equipamento chamado Pile Driving Analyzer (PDA).<br />
Figura 12: Sinal típico<br />
Fonte: ALONSO, 1991.<br />
Para tanto, no caso de estacas pré-fabricadas, é interessante conduzir o ensaio<br />
após um período de repouso, que pode ser de um ou dois dias, em perfis granulares, ou<br />
cinco a sete dias em solos argilosos.<br />
44
Figura 13: Esquema básico da instrumentação de campo.<br />
Fonte: GONÇALVES, BERNAR<strong>DE</strong>S E NEVES, 2007.<br />
Para se estimar a carga mobilizada, costumam-se utilizar os métodos “CASE” e<br />
“CAPWAP”. O primeiro é empregado no campo e permite avaliar, logo após o golpe, a<br />
carga mobilizada. O segundo é realizado no escritório, utilizando-se os registros<br />
gravados, e permite calcular, além da carga mobilizada, sua distribuição ao longo do<br />
fuste e sob a ponta da estaca.<br />
O Ensaio de Carregamento Dinâmico (ECD) trata-se de uma ferramenta para o<br />
controle de qualidade de fundações profundas que objetiva principalmente determinar a<br />
capacidade de ruptura da interação estaca-solo, para carregamentos estáticos axiais. O<br />
ensaio, desenvolvido para o controle da cravação de estacas pré-moldadas, vem sendo<br />
45
mundialmente utilizado em estacas moldadas in loco. Em campo, através de<br />
instrumentação, são registrados os sinais de força e velocidade da onda de tensão<br />
provocada pelo impacto de um martelo. Ele difere das tradicionais provas de carga<br />
estática pelo fato do carregamento ser aplicado dinamicamente, através de golpes de um<br />
sistema de percussão adequado. A medição é feita através da instalação de sensores no<br />
fuste da estaca, em uma seção situada pelo menos duas vezes o diâmetro abaixo do topo<br />
da mesma. Os sinais dos sensores são enviados por cabo ao equipamento PDA, que<br />
armazena e processa os sinais "on line".<br />
O analisador de cravação PDA® (Pile Driving Analyzer) e os métodos CASE®<br />
e CAPWAP® são utilizados para o registro e processamento dos sinais. Os principais<br />
resultados do ensaio constam da verificação da capacidade de carga e da integridade<br />
estrutural. (ANDRAOS, 2009)<br />
Figura 14: PDA – Pile Driving Analyser, modelo PAX.<br />
Fonte: www.geomec.com.br<br />
No caso da aplicação do ensaio em estacas moldadas in loco, o sistema de<br />
impacto e amortecimento deve ser selecionado a fim de causar o deslocamento<br />
necessário para a mobilização da resistência do solo e assegurar que as tensões<br />
dinâmicas não danifiquem a integridade estrutural do elemento. (ANDRAOS, 2009)<br />
No Brasil, sua metodologia é normatizada pela NBR 13.208/94 (Ensaio de<br />
Carregamento Dinâmico). De acordo com os critérios da NBR-6122/96 (Projeto e<br />
46
Execução de Fundações), é recomendável que 5% de um estaqueamento seja submetido<br />
a esse tipo de ensaio.<br />
As medições são analisadas principalmente para se avaliar a capacidade de<br />
carga do elemento da fundação. Para tanto, no caso de estacas pré-fabricadas, é<br />
interessante conduzir o ensaio após um período de repouso (ou seja, posteriormente à<br />
cravação). Em perfis granulares, um ou dois dias podem ser suficientes. Em solos<br />
argilosos, cinco ou sete dias podem se fazer necessários. (FUGRO, 2012)<br />
A realização da prova de carga dinâmica em estacas teste - antes da execução<br />
das fundações - pode trazer economia à obra, devido à redução das incertezas comuns<br />
em projetos geotécnicos. Assim, quando o desempenho das estacas é verificado por<br />
ensaios, a NBR 6122/2010 fixa critérios que permitem otimizar os coeficientes de<br />
segurança.<br />
Para uma melhor avaliação da resistência da estaca, os dados obtidos com a<br />
prova de carga dinâmica devem ser submetidos a análises CAPWAP (FUGRO, 2012).<br />
Empregando-se um software específico, são efetuados ajustes sucessivos de um sinal<br />
calculado numericamente, buscando-se reproduzir da melhor forma possível o sinal<br />
dinâmico medido em campo. A NBR 13.208/07 recomenda a execução de uma análise<br />
CAPWAP para cada grupo de estacas com iguais características.<br />
Estas provas de carga podem prover dados para projeto, avaliar as fundações<br />
executadas em uma determinada obra ou ainda, ajudar no estudo das características de<br />
comportamento do conjunto solo-estaca. Assim sendo, o ensaio deve reproduzir as<br />
condições de funcionamento real a que a estaca estará submetida para uma melhor<br />
previsão de desempenho para projetos. (GUIMARÃES, 2008)<br />
Os ensaios com carga vertical de compressão são os mais comuns. Mas<br />
também existem ensaios de tração, carga transversal ao eixo ou combinações destas.<br />
É baseado na teoria da equação da onda. Quando uma estaca é atingida por um<br />
golpe de um martelo de cravação, é gerada uma onda de tensão. Essa onda trafega com<br />
uma velocidade fixa e dependente apenas das características do material<br />
(GUIMARÃES, 2008). O início da aplicação destes conhecimentos na prática, porém,<br />
data da década de 1960. O trabalho de Smith (1960) foi a primeira solução da equação<br />
da onda usando computadores. As pesquisas que culminaram com o desenvolvimento<br />
do PDA e do método de ensaio dinâmico iniciaram-se no final dos anos 60, chefiadas<br />
47
pelo Prof. George G. Goble, na Universidade Case Western, EUA.<br />
São usados dois pares de sensores, sendo em transdutor de deformação<br />
específica que gera uma tensão proporcional à deformação sofrida pelo material da<br />
estaca durante o golpe e, um acelerômetro, que gera uma tensão proporcional à<br />
aceleração das partículas da estaca.<br />
O sinal de cada um dos transdutores de deformação é multiplicado pelo módulo<br />
de elasticidade do material da estaca e pela área da seção na região dos sensores, para a<br />
obtenção da evolução da força em relação ao tempo. Por isso, esses transdutores às<br />
vezes são chamados de sensores de força. O método PDA faz a média dos dois sinais de<br />
força obtidos, a fim de detectar e compensar os efeitos da excentricidade do golpe.<br />
O sinal de cada um dos acelerômetros é integrado, para obtenção da evolução<br />
da velocidade de deslocamento da partícula com o tempo. Por isso esses transdutores, às<br />
vezes, são chamados de sensores de velocidade. Da mesma forma que os sinais de força,<br />
o PDA também trabalha com a média dos sinais de velocidade assim obtidos.<br />
O principal objetivo desse ensaio é o de obter a capacidade de ruptura do solo.<br />
Entretanto, muitos outros dados também podem ser obtidos paralelamente. Alguns mais<br />
importantes são:<br />
- tensões máximas de compressão e de tração no material da estaca durante os golpes;<br />
- nível de flexão sofrido pela estaca durante o golpe;<br />
- informações sobre a integridade da estaca, com localização de eventual dano, e<br />
estimativa de sua intensidade;<br />
- energia efetivamente transferida para a estaca, permitindo estimar a eficiência do<br />
sistema de cravação;<br />
- deslocamento máximo da estaca durante o golpe;<br />
- velocidade de aplicação dos golpes;<br />
- através da análise CAPWAP, é possível separar-se a parcela de resistência devida ao<br />
atrito lateral da resistência da ponta, e determinar a distribuição do atrito ao longo do<br />
fuste. Essa análise, normalmente feita posteriormente em escritório a partir dos dados<br />
armazenados pelo PDA, permite também obter outros dados de interesse, como o limite<br />
de deformação elástica do solo.<br />
48
Nas estacas cravadas, é possível instalar os sensores no início da cravação, e ir<br />
registrando os golpes à medida que a estaca penetra no solo. Esse tipo de ensaio visa<br />
obter informações como desempenho do sistema de cravação, risco de quebra, etc.. A<br />
capacidade de carga de uma estaca ao final da cravação geralmente é diferente daquela<br />
após um período de repouso, devido a fenômenos como dissipação de poro-pressão,<br />
relaxação, etc. Portanto, a capacidade medida ao final da cravação não pode ser<br />
comparada diretamente com o resultado de uma prova de carga estática.<br />
Para a correta determinação da capacidade de carga de longo prazo da estaca<br />
cravada, é recomendável fazer-se o ensaio em uma recravação, realizado alguns dias<br />
após o término da cravação.<br />
O ensaio de carregamento dinâmico pode ser usado em praticamente todo o<br />
tipo de estaca. É preciso apenas ter cautela no caso de estacas tipo raiz, onde grandes e<br />
imprevisíveis variações de área de seção são possíveis. No caso de estacas com<br />
variações planejadas de características ao longo do fuste, a única restrição é que o<br />
método simplificado CASE não se aplica, e terá que ser necessariamente feita uma<br />
análise CAPWAP. Essa mesma consideração se aplica para estacas com moderadas<br />
variações imprevistas, como ocorre muitas vezes em estacas moldadas "in loco".<br />
(GUIMARÃES, 2008)<br />
Existem inúmeras correlações entre as provas estáticas e dinâmicas. Desde o<br />
início do desenvolvimento do método têm sido feitas comparações entre seus<br />
resultados. Diversos trabalhos têm sido publicados ao redor do mundo, mostrando boas<br />
coincidências dos resultados dos dois tipos de ensaios, em vários tipos de estacas nos<br />
mais diversos tipos de solo.<br />
A norma NBR6122/2010 diz que o Ensaio de Carregamento Dinâmico pode<br />
ser usado como uma das maneiras para avaliar a capacidade de carga de uma estaca,<br />
assim como uma prova de carga estática não levada à ruptura. A norma exige a prova de<br />
carga estática apenas para determinação da real carga de ruptura de uma estaca. Além<br />
disso, a NBR-6122/2010 prevê a possibilidade de redução do fator de segurança de 2,0<br />
para 1,6, em qualquer estaqueamento onde seja feito um número previamente<br />
estabelecido de ensaios, ficando a critério do projetista a quantidade e o tipo dos<br />
mesmos.<br />
49
Este ensaio não substitui a prova de carga estática, embora seja mais rápido,<br />
tenha custo mais baixo e cause pouco transtorno à obra, não exigindo a parada de<br />
equipamentos ao redor da estaca sob teste. Se desejarmos determinar a real carga de<br />
ruptura de uma estaca, será necessário efetuar uma prova de carga estática,<br />
necessariamente levada à ruptura.<br />
2.6.2.1 – Exemplos de sinais obtidos em campo<br />
Para melhor entendimento e objetivando a visualização de como são<br />
interpretados os sinais coletados em campo com o PDA (Pile Driving Analyzer), a<br />
seguir será apresentada uma série de sinais e suas correspondentes interpretações. Com<br />
o objetivo de descrever sucintamente o que representam, e não de detalhar cada um dos<br />
sinais apresentados.<br />
Sendo assim, serão visualizadas quatro curvas em cada exemplo apresentado, a saber:<br />
• F (Curva de Força) - Corresponde á média da leitura dos sinais obtidos pelos<br />
transdutores de deformação específica.<br />
• V (Curva de velocidade x Impedância) - Corresponde á média da leitura dos sinais<br />
obtidos pelos acelerômetros.<br />
• WU (Curva de Wape Up) - Corresponde à onda ascendente (metade da diferença<br />
entre a força e velocidade vezes impedância). Indica os efeitos da distribuição de<br />
resistências e outros efeitos da resistência do solo.<br />
• WD (Curva de Wave Down) - Corresponde à onda descendente (metade da<br />
diferença entre a força e velocidade vezes impedância). Indica os efeitos do martelo<br />
na propagação da onda para baixo e para cima na estaca.<br />
- Exemplo 1: Estaca com baixo atrito lateral.<br />
Na figura abaixo, observa-se um trecho inicial bastante extenso, a partir do<br />
primeiro cursor de tempo (t₁), onde as curvas de Força e Velocidade x Impedância,<br />
apresentam-se praticamente justapostas. Essa justaposição entre as duas curvas,<br />
caracteriza-se em função da não ocorrência de reflexões das ondas de cada uma das<br />
singularidades localizadas, ou seja, atritos laterais unitários.<br />
50
Em síntese, quanto mais próximas entre si estiverem as curvas de Força e<br />
Velocidade x Impedância, menor será a parcela de carga correspondente ao atrito<br />
lateral.<br />
Figura 15: Estaca com baixa parcela de carga devido ao atrito lateral.<br />
Fonte: GONÇALVES, BERNAR<strong>DE</strong>S E NEVES, 2007.<br />
- Exemplo 2: Estaca com elevado atrito lateral<br />
Na figura abaixo, temos um exemplo de estaca onde a parcela de carga<br />
correspondente ao atrito lateral é bastante elevada. Verifica-se após o primeiro cursor de<br />
tempo (t₁), onde se observa a proporcionalidade entre as curvas de Força e Velocidade x<br />
Impedância, o afastamento gradual dessas duas curvas, fato esse que caracteriza a<br />
51
ocorrência de reflexões de ondas decorrentes dos atritos laterais unitários ao longo do<br />
fuste da estaca.<br />
Neste mesmo exemplo, verifica-se a ocorrência de um trecho extenso de<br />
ocorrência de velocidade negativa antes do segundo cursor de tempo (t₂), ou seja,<br />
velocidade negativa antes do tempo 2L/c. Isso significa que toda a deformação elástica<br />
da estaca em decorrência do carregamento aplicado ocorreu em um comprimento<br />
inferior ao comprimento real da estaca. Nesse caso, a carga assim obtida (RSU),<br />
corresponde à parcela de carga mobilizada, utilizando damping e corrigida para<br />
descarregamento prematuro.<br />
Figura: 16: Estaca com elevada parcela de carga devido ao atrito lateral<br />
Fonte: GONÇALVES, BERNAR<strong>DE</strong>S E NEVES, 2007.<br />
52
- Exemplo 3: Estaca com uma emenda visível<br />
A existência de emendas em uma estaca pode ocasionar picos localizados da<br />
curva de Velocidade x Impedância à de Força. Ao trafegar pela estaca, a onda depara-se<br />
com uma irregularidade no local da emenda, irregularidade essa que pode ser<br />
ocasionada em decorrência de alguma imperfeição no ajuste do contato entre as duas<br />
pontas unidas dos segmentos. Assim sendo, nesse ponto, verifica-se um pequeno vazio,<br />
que é suficiente para que a velocidade nesse ponto seja superior à do restante da estaca.<br />
No exemplo abaixo, pode ser observada com nitidez a presença de uma emenda pela<br />
curva de Velocidade x Impedância e também pela curva de Wave Up, que se encontra<br />
negativa (abaixo do eixo referencial abaixo) próxima ao ponto onde tal emenda ocorre.<br />
Figura: 17: Estaca com emenda<br />
Fonte: GONÇALVES, BERNAR<strong>DE</strong>S E NEVES, 2007.<br />
53
- Exemplo 4: Estaca com mais de uma emenda<br />
No exemplo a seguir, pode-se observar a presença de pelo menos duas<br />
emendas pela curva de Velocidade x Impedância e também pela curva de Wave Up.<br />
Neste caso, a curva de Velocidade x Impedância em nenhum momento apresenta-se<br />
acima da curva de Força, o que dificulta a perfeita visualização dessas emendas. Através<br />
da analise da curva Wave Up pode ser verificado um pequeno pico ascendente na<br />
posição dessas emendas.<br />
Figura: 18: Estaca com mais de uma emenda<br />
Fonte: GONÇALVES, BERNAR<strong>DE</strong>S E NEVES, 2007.<br />
54
- Exemplo 5: Golpe aplicado excentricamente<br />
Na figura a seguir, verifica-se a falta de proporcionalidade no trecho inicial<br />
(antes da primeira reflexão de onda) entre as curvas de Velocidade x Impedância. Como<br />
tais curvas têm por origem a média das leituras dos sinais obtidos pelos transdutores,<br />
haverá interferência no valor médio obtido por esses sinais. Essa desproporcionalidade<br />
pode ocorrer por diversos fatores, dentre os quais, estaca desaprumada (fora do eixo),<br />
martelo excêntrico em relação ao eixo longitudinal da estaca, capacete excêntrico ou<br />
inclinado em relação ao topo da estaca e cepo inclinado em relação ao topo da estaca.<br />
Figura: 19: Golpe desferido excentricamente em relação ao eixo da estaca.<br />
Fonte: GONÇALVES, BERNAR<strong>DE</strong>S E NEVES, 2007.<br />
55
- Exemplo 6: Estaca em deslocamento durante a execução do ensaio<br />
Certas vezes, durante a aplicação dos golpes do martelo (pilão) do bate estacas<br />
para a realização do ensaio de carregamento dinâmico, a estaca encontra-se mal cravada<br />
e passa a deslocar-se. Nesses casos, observa-se a ocorrência de um pico de Velocidade,<br />
superpondo-se à Força na região da ponta da estaca (segundo cursor de tempo (t₂)).<br />
Após o tempo 2L/c, ocorre uma queda na curva de Força e um aumento abrupto de<br />
velocidade, caracterizando que a ponta da estaca não apresenta resistência para a<br />
profundidade onde se encontra apoiada (figura abaixo). Nesses casos, em geral,<br />
procede-se a recravação da estaca até que atinja uma cota de assentamento adequada.<br />
Observe-se que não se apresenta graficamente qualquer indício de dano estrutural<br />
caracterizado pela superposição da curva de Velocidade x Impedância à de Força.<br />
Figura: 20: Estaca em deslocamento durante a execução do ensaio<br />
Fonte: GONÇALVES, BERNAR<strong>DE</strong>S E NEVES, 2007.<br />
56
- Exemplo 7: Deformação elástica excessiva sob a ponta de estaca<br />
Embora não muito frequente, esse tipo de ocorrência caracteriza problema. Em<br />
geral quando isso ocorre, podemos ter certeza que o solo situado imediatamente sob a<br />
ponta da estaca encontra-se resiliente e, portanto, apresentará elevada deformação<br />
elástica, ocasionando quakes elevados e carga mobilizada bastante reduzida. A<br />
visualização desse fenômeno pode ser feita através da observação da superposição<br />
localizada da curva de Velocidade x Impedância sobre a curva de Força, na ponta da<br />
estaca (figura abaixo). Se observarmos essas curvas, nesse local, verificaremos que aí se<br />
forma um pequeno semicírculo, em decorrência da chegada de uma onda de tração<br />
refletida na ponta e atraso na chegada da onda de compressão em decorrência dessas<br />
elevadas deformações elásticas.<br />
Figura: 21: Deformação elástica excessiva sob a ponta da estaca<br />
Fonte: GONÇALVES, BERNAR<strong>DE</strong>S E NEVES, 2007.<br />
57
2.6.2.2 - Equação da Onda<br />
Quando uma estaca é solicitada pelo impacto de um martelo uma zona do<br />
material é comprimida. Essa compressão causa uma tensão que será transmitida para<br />
camadas subseqüentes. O processo contínuo de compressão desenvolve uma onda de<br />
tensão que se propaga ao longo da estaca. (Bernardes, 1989)<br />
A equação da onda foi desenvolvida por Saint-Vénant em meados de1866, para<br />
o estudo de um impacto sobre a extremidade de uma barra. Neste estudo foi encontrada<br />
a equação diferencial que governa a propagação de ondas unidemensionais em uma<br />
barra elástica e tambem sua solução para algumas condições de contorno.<br />
A equação da onda é uma equação diferencial de derivadas parciais de segunda<br />
ordem evolvendo as variáveis independentes: posição da seção (x), onde se quer<br />
determinar o deslocamento u (x,t), ao longo do tempo (t).<br />
A equação da no caso de uma estaca sem resistência ao longo do fuste é:<br />
em que c = velocidade da onda de tensão:
descendente e ascendente em dada seção da estaca podem ser determinadas<br />
conhecendo-se a força F e a velocidade v nesta seção, por meio das expressões:
2.6.2.3 - Modelo de Smith<br />
Quando uma estaca é solicitada pelo impacto de um martelo uma zona do<br />
material é comprimida. Essa compressão causa uma tensão que será transmitida para<br />
camadas subseqüentes. O processo contínuo de compressão desenvolve uma onda de<br />
tensão que se propaga ao longo da estaca (Bernardes, 1989).<br />
A velocidade de onda é função das propriedades do material da estaca. É a<br />
velocidade com que as zonas de compressão ou de tração se movem ao longo da estaca.<br />
A onda descendente inicial gerada pelo impacto do martelo é formada por forças<br />
compressivas. Esta onda se propaga ao longo do fuste e quando encontra a ponta da<br />
estaca é refletida (Gonçalves et al., 2000).<br />
Segundo SMITH (1960), D. V. Isaacs foi o primeiro que advertiu sobre a ação<br />
da onda durante a cravação de estacas. Em 1960, utilizando o conceito da equação da<br />
onda e utilizando integração numérica, Smith propôs um modelo matemático, para<br />
representar o fenômeno de cravação de estacas, tornando-se a base para o seu<br />
desenvolvimento. A solução foi obtida pelo método das diferenças finitas, com o uso de<br />
computadores.<br />
Para AOKI (1997), o modelo de Smith permite avaliar os deslocamentos,<br />
velocidades, acelerações e forças na seção da estaca, ao longo do tempo, substituindo<br />
com vantagens a fórmula dinâmica.<br />
Através da figura, pode-se observar o modelo numérico proposto, em que se<br />
representam os elementos, como o martelo, o cepo, o capacete e a estaca por uma série<br />
de pesos e molas.<br />
Os elementos rígidos e pesados são representados por pesos, sem elasticidade,<br />
como o capacete. A estaca, que é compressível, foi dividida em comprimentos unitários<br />
e molas individuais, que representam seu peso e elasticidade, respectivamente. Já o<br />
martelo, foi considerado como elemento possuidor de peso e elasticidade. As forças de<br />
resistência do solo, são representadas pela combinação de molas elasto-plásticas e<br />
pistons lineares ligados em cada elemento de estaca cravado.<br />
60
Figura 23: Modelo de Smith.<br />
Fonte: ALVES, LOPES E DANZIGER, 2004.<br />
Para o cálculo, cada componente é considerado separadamente no intervalo de<br />
tempo. Para cada intervalo, são calculadas cinco variáveis: o deslocamento do peso, em<br />
relação a posição inicial, a compressão da mola, a força exercida pela mola, a força<br />
resultante atuante no peso e a velocidade do peso (Velloso e Lopes, 2002).<br />
O tempo durante o qual a ação ocorre (impacto do martelo sobre a estaca) é<br />
dividido em intervalos pequenos, como 1/4000 segundos. As ações de cada peso e cada<br />
mola, são calculadas separadamente para cada um e para todos os intervalos de tempo.<br />
Desta maneira, pode ser feita uma determinação matemática das tensões e da penetração<br />
61
da estaca ou deslocamento permanente por golpe, para qualquer tipo de solo ou<br />
grandeza de resistência do solo. SMITH (1960). Hoje em dia, dispõe-se de programas<br />
computacionais elaborados, que aliam simplicidade na operação com adaptabilidade às<br />
mais diversas condições de cravação.<br />
2.6.2.4 – Método de análise CASE<br />
Quase paralelamente ao início do uso da proposta de Smith para previsão do<br />
comportamento de estacas cravadas, surgiu no meio técnico a idéia de monitorar a<br />
cravação de estacas, através de acelerômetros (que, por integração, detectam a<br />
velocidade) e transdutores de força, instalados no fuste da estaca.<br />
De acordo com a NBR 13208 (2007), os sinais de carregamento dinâmico, no<br />
momento do ensaio, são processados através do método tipo CASE. À medida que os<br />
golpes do martelo são aplicados à estaca, o método fornece as seguintes informações.<br />
• capacidade de carga na interface solo-estaca (parâmetro principal)<br />
• força máxima do impacto do martelo<br />
• energia máxima do golpe do martelo<br />
• eficiência do sistema de cravação<br />
• integridade estrutural e posição do dano<br />
• valores máximos de tensão, velocidade e deslocamento<br />
• a distribuição das tensões na estaca, tanto de compressão como de tração<br />
O método CASE consiste em uma solução matemática de forma fechada,<br />
baseada em hipóteses simplificadas, tais como comportamento plástico ideal do solo,<br />
estaca idealmente elástica e uniforme e atrito lateral mobilizado igual para ondas<br />
descendentes e ascendentes.<br />
O método tem o nome da instituição na qual foi desenvolvido nas décadas de<br />
60 e 70 (Case Western Research University, Ohio, EUA). É bastante prático e direto. A<br />
estimativa da capacidade de carga do método CASE é dada pela soma do atrito lateral e<br />
resistência de ponta através da fórmula a seguir:
Onde:
A resistência estática, então, é obtida como diferença entre a total e a dinâmica:
incluem a resistência última mobilizada da estaca, a distribuição de resistência, a<br />
deformação elástica máxima (quake) e a constante de amortecimento (damping).<br />
No modelo CAPWAP as forças de reação do solo são passivas e expressadas<br />
como uma função do movimento da estaca. O solo é modelado utilizando-se a teoria da<br />
propagação da onda padrão, aplicando os componentes elasto-plásticos e visco-lineares,<br />
para representarem as forças de reação estática e dinâmica.<br />
Cada reação do solo é descrita pela resistência estática última, o quake e a<br />
constante damping. O programa usa o modelo de estaca contínua, a velocidade<br />
registrada na cabeça da estaca e o modelo do solo assumido, que consta da distribuição<br />
da resistência do solo, quakes e as características de amortecimento (damping) de cada<br />
elemento do solo, ao longo do fuste e sob a ponta.<br />
Com os dados de deslocamento da estaca e as condições de contorno<br />
assumidas, o CAPWAP calcula a curva que representa a força na cabeça da estaca. Essa<br />
força calculada é comparada com a força que foi medida durante o ensaio pelo PDA.<br />
Iterativamente com o computador, a sensibilidade do engenheiro é usada para modificar<br />
o modelo do solo, até que o melhor ajuste ("best match") entre as curvas de força seja<br />
atingido. O processo computacional pode ser resolvido abaixo:<br />
Figura 24: Método CAPWAP – Fluxograma<br />
Fonte: ALVES, 2004.<br />
65
O processo de ajuste das curvas medidas e calculadas é controlado por diversos<br />
fatores como a distribuição da resistência e a resistência última mobilizada.<br />
Durante o processo de iteração, o programa avalia a qualidade do ajuste<br />
(concordância entre as curvas) pelas diferenças relativas às curvas medida e calculada.<br />
As curvas são divididas em quatro regiões e, para cada uma, é atribuído um número,<br />
através da média geométrica, que representa a concordância das curvas. Quanto melhor<br />
for o ajuste, menor o valor do match quality.<br />
A figura a seguir, apresenta um processo de iteração feito em cinco tentativas.<br />
Nas primeiras tentativas foi modificada a distribuição da resistência na estaca ensaiada<br />
(fuste e ponta). Nas últimas tentativas, foram modificados o modelo do solo sob a ponta<br />
e os parâmetros de descarregamento. HANNIGAN (1990).<br />
Figura 24: Ajuste da curva de força através de iteração.<br />
Fonte: HANNIGAN, 1990.<br />
66
Quando atinge o melhor ajuste, o programa imprime o modelo de solo adotado<br />
com os valores de resistência mobilizada, distribuição de resistência ao longo da<br />
profundidade, quake e damping.<br />
O CAPWAP simula também a prova de carga estática, utilizando o modelo da<br />
estaca, a distribuição da resistência e o quake.É simulada a aplicação de incrementos de<br />
carga no topo da estaca e calculada a penetração do elemento associado a valores<br />
estáticos de resistência. Logo, a curva carga-deslocamento do topo da estaca é<br />
determinada.<br />
Obtido o valor da capacidade de carga estática, através da análise CAPWAP,<br />
pode ser feia a aferição de
determinação da capacidade de carga, através das medições dinâmicas. Alguns solos<br />
apresentam o fenômeno da relaxação, ou seja, perda da resistência em função do tempo<br />
decorrido após a cravação, ou o fenômeno da cicatrização, set up, que resulta no ganho<br />
de resistência no decorrer do tempo (Gonçalves et al., 2000).<br />
Outro fator que causa variação nos resultados da avaliação da capacidade de<br />
carga é o fato da análise CAPWAP® ser efetuada sobre um golpe particular, dentre os<br />
inúmeros aplicados sobre a estaca. Assim sendo, escolhe-se um golpe cuja<br />
representatividade envolva as condições de cravação e penetração desejadas.<br />
Em função do fato de a análise envolver um método iterativo, em que o ajuste<br />
das curvas é realizado manualmente, pode-se esperar que haja subjetividade na escolha<br />
dos alguns parâmetros (Gonçalves et al., 2000). Danziger et al. (1996), discutem a<br />
unicidade das análises. Segundo os autores, a solução não é única e diferentes<br />
parâmetros podem produzir curvas de velocidades similares.<br />
Quando se efetua o ensaio de carregamento dinâmico em campo, a estimativa<br />
da capacidade de carga é inicialmente efetuada através do método CASE®. O<br />
desenvolvimento físico-matemático para a avaliação das resistências dinâmicas e<br />
estáticas envolve uma série de parâmetros básicos, tais como a velocidade de<br />
propagação da onda e os coeficientes de amortecimento. A utilização inadequada de tais<br />
parâmetros interfere nos resultados (Gonçalves et al., 2000).<br />
CAPÍTULO 3: CAMPO EXPERIMENTAL<br />
3.1 – ÁREA <strong>DE</strong> <strong>ESTUDO</strong><br />
A área destinada ao estudo está localizada na cidade de Belém - PA, no endereço<br />
Travessa Angustura entre as Avenidas Visconde de Inhauma e Duque de Caxias no<br />
bairro Marco. Trata-se de um local destinado à construção de um edifício residencial. A<br />
imagem a seguir mostra a localização da área.<br />
68
Figura 25: Área de estudo<br />
Fonte: google maps<br />
A construção que será realizada na área de estudo trata-se de uma estrutura de<br />
concreto armado convencional, constituída por pilares, vigas e lajes e um total de 29<br />
pavimentos. A fundação da torre do empreendimento foi executada com estacas pré-<br />
moldadas metálicas.<br />
O projeto possuía um total de 89 (oitenta e nove) estacas, com profundidade<br />
estimada de 42 a 48 metros, sendo elas de três tipos:<br />
• 4 estacas com perfil W 200x35,9 para suportar até 50 tf;<br />
• 7 estacas com perfil HP 310x79,0 para suportar até 140 tf;<br />
• 78 estacas com 1 perfil HP 310x79,0 e 3 perfis HP 310x93,0 para suportar até<br />
190 tf.<br />
A figura a seguir mostra simplificadamente o projeto de fundação da torre.<br />
69
Figura 26: Projeto simplificado de fundação da torre.<br />
Fonte: CBM – Construtora Bruno Mileo<br />
70
3.1.1 – Características geológicas e geotécnicas de de Belém<br />
De acordo com SALAME E ALENCAR JR (2006), a cidade de Belém está<br />
situada no braço sul do delta do grande Rio Amazonas, especificamente no encontro do<br />
Rio Guamá com a Baía do Guajará. Assim sendo, o solo da cidade apresenta condições<br />
geológicas peculiares da bacia amazônica, oriundo da era cenozóica, períodos terciários<br />
e quaternário e de formação aluvionar praticamente até camadas situadas a<br />
profundidades de 130 metros.<br />
Figura 27: Encontro do Rio Guamá com a Baía do Guajará<br />
Fonte: Google Earth<br />
Segundo COSTA (2001), a geologia da Região Metropolitana de Belém, pode<br />
ser dividida em três unidades litológicas, discriminadas do topo para a base em:<br />
Sedimentos Recentes; Sedimentos Barreiras/Pós Barreiras e Formação Pirabas.<br />
SALAME E ALENCAR JR (2006).<br />
Através de resultados de centenas de sondagens SPT, verificou-se que a<br />
estratigrafia da área esquematizada está intimamente ligada a cota do terreno em relação<br />
ao nível do mar, segundo SALAME E ALENCAR JR (2006).<br />
Para SALAME E ALENCAR JR (2006), OLIVEIRA FILHO (1981) E ALENCAR<br />
ET AL (2002), na sua configuração superficial, o subsolo da cidade está dividido em<br />
dois horizontes principais:<br />
71
• Os das regiões de baixadas, próximas ao Rio Guamá, Baía do Guajará e as margens<br />
dos canais que cortam boa parte do município, formadas por pântanos ou várzeas,<br />
situadas na cota até 3,0 m acima do nível do mar e abrangendo aproximadamente<br />
40% da área urbana.<br />
• Compreendem sedimentos mais recentes com perfil errático, composto de argilas<br />
muito moles de coloração cinza, matéria orgânica em decomposição que se<br />
encontram em processo de consolidação, nível d'água logo na superfície. Desta<br />
forma, estas áreas são altamente compressíveis e inadequadas para sustentações de<br />
fundações;<br />
• Os das regiões de maior altitude, estão situadas acima do nível do mar em cotas de 8<br />
a 20 m, têm formação, proveniente do período quaternário, possui perfil simples<br />
com nível do lençol freático em torno de 4 a 6 metros de profundidade e estratigrafia<br />
típica do subsolo por apresentar camadas superficiais compostas de areia siltosa ou<br />
silte arenoso fofo a pouco compacto de coloração amarelada, sobrejacentes a<br />
camadas de areis medianamente compacta a compacta, ou de argilas lateríticas em<br />
veios de seixos e pedras e matacões de arenito ferruginoso, decorrentes de<br />
precpitação de óxido de ferro.<br />
72
FIGURA 28: Perfil da geologia da Região Metropolitana de Belém.<br />
FONTE: COSTA T., GANDOLFI N. e COSTA J., 2002.<br />
73
3.1.2 – Particularidades geotécnicas do solo em Belém<br />
SALAME E ALENCAR JR (2006) frisam que diante da diferença na<br />
composição mineralógica e geoquímica, as características e propriedades geotécnicas de<br />
suas camadas também apresentam peculiaridades distintas.<br />
ALENCAR JR ET AL (2002) mostra a seguir os principais parâmetros<br />
geotécnicos e características das três argilas de maior ocorrência no subsolo da cidade.<br />
FARIAS ET AL (2001) explica sobre o silte arenoso encontrado na faixa superficial das<br />
áreas de cotas altas de Belém. SALAME E ALENCAR JR (2006).<br />
1- Argila Orgânica Muito Mole encontrada na Faixa Superficial das áreas de “Baixada”<br />
(ALENCAR JR ET AL, 2002).<br />
• Ensaios de Caracterização: Material comum nas áreas de baixada da cidade,<br />
composto de ilita, esmectita, caolinita e matéria orgânica decomposta;<br />
• Parâmetros de Resistência: Os ensaios SPT já executados, indicam valores NSPT de<br />
0 a 1 e em ensaios de palheta realizados no material para fundamentação de projetos<br />
de estabilidade de aterros e cortes nas obras da macrodrenagem da bacia do Una e<br />
da alça viária, desenvolvidas na região de Belém, indicaram oscilação de valores, na<br />
faixa de 10 a 30 kPa, sem tendência de variação em função da profundidade;<br />
• Parâmetros de Consolidação: Os ensaios de adensamento realizados com estágios de<br />
carregamento de 15, 30, 60, 120 e 240 kPa, indicaram significativa compressão<br />
secundária, o que leva à não recomendação do cálculo de recalques por métodos<br />
convencionais, independente das condições das amostras que em alguns casos<br />
apresentavam na observação visual, além de pequenos orifícios decorrentes da<br />
movimentação de seres vivos como minhocas, a existência de matéria orgânica não<br />
totalmente decomposta. Os resultados obtidos alcançaram valores médios de:<br />
- Peso Específico: 15 a 16 kN/m³<br />
- Índice de Vazios: 1,7 a 2,4<br />
- Índice de recompressão: 0,09 a 0,15<br />
- Índice de compressão: 0,8 a 1,2<br />
- OCR: 1,00 a 1,05<br />
- Coeficiente de adensamento: 5,5x 10-4 a 8,5 x 10-4 cm²/s<br />
74
2- Argila Variegada Mole a Média, Subjacente à Primeira Camada Resistente<br />
(ALENCAR JR ET AL, 2002).<br />
• Caracterização Geotécnica: Argila silto arenosa inorgânica de alta plasticidade, com<br />
coloração avermelhada e com concreções lateríticas, mineralogicamente constituída<br />
principalmente de caolinita na fração argilosa e de quartzo na fração siltosa. A<br />
caracterização deste material foi realizada em amostras retiradas de camadas<br />
situadas nas profundidades de 11 e 13m, subjacente à camada de areia fina compacta<br />
e apresentaram os valores médios abaixo discriminados:<br />
- Limite de Liquidez (LL) = 67,63 %<br />
- Limite de Plasticidade (LP) = 24,90 %<br />
- Índice de Plasticidade (IP) = 42,73 %<br />
- Teor de Argila = 81 %<br />
- Teor de Silte = 16,5 %<br />
- Teor de Areia = 2,5<br />
• Parâmetros de Resistência: O material apresentou nas amostras selecionadas, NSPT<br />
com valores médios de 4 a 5.<br />
• Parâmetros de Consolidação: Os resultados médios obtidos em sete ensaios<br />
endométricos, sendo três rápidos e quatro convencionais foram:<br />
- Peso Específico: 17,5 a 18,7 kN/m3<br />
- Índice de Vazios: 0,91 a 1,19<br />
- Índice de recompressão: 0,02 a 0,04<br />
- Índice de compressão (indeformado): 0,39 a 0,67<br />
- OCR: 3,1 a 6,1 (provavelmente devido a estruturação laterizada do material, que se<br />
quebra após a pressão de pré-adensamento)<br />
- Coeficiente de adensamento: 4,4 x 10-4 a 1,17 x 10-3 cm²/s<br />
75
3 - Argila Mole a Média, Cinza Escura, Subjacente à Camada Primeira Resistente,<br />
(SARÉ et al 2001 e ALENCAR JR.et al 2002)<br />
• Caracterização Geotécnica: Argila siltosa inorgânica de alta plasticidade, de<br />
consistência mole a média, mineralogicamente constituída de caolinita (maior<br />
ocorrência) e de ilita, na composição do material argilo-mineral, com curva<br />
granulométrica os ensaios de caracterização com os seguintes valores médios:<br />
- Limite de Liquidez (LL) = 59,90 %<br />
- Limite de Plasticidade (LP) = 32,70 %<br />
- Índice de Plasticidade (IP) = 27,30 %<br />
- Teor de Argila = 60,86 %<br />
- Teor de Silte = 39,14%<br />
• Parâmetros de Resistência: Nos ensaios a percussão com circulação d’água<br />
realizados, NSPT apresentou valores médios de 4 a 6. Nos ensaios de palheta foram<br />
os valores de Su variaram de 23 a 51 KPa e conforme o método de SHANSEP apud<br />
ALENCAR Jr. et al. (2002), alcançou valores para a razão de sobre-adensamento<br />
(OCR), variando de 1,0 a 2,0, evidenciando a condição levemente sobre-adensada<br />
da argila. No ensaio SPT-T, realizado similarmente ao Vane Test, encontrou-se<br />
valores de Cu da ordem de 14 kPa e índice de torque próximo de 0,5 kgf.m / NSPT.<br />
• Parâmetros de Consolidação: Foram realizados seis ensaios de adensamento<br />
convencionais com estágios de carregamento de 25, 50, 100, 200 e 400 kPa e<br />
descarregamentos de 200, 100 e 50 kPa, com curvas de adensamento e mostra os<br />
resultados que alcançaram segundo Saré et al (2001), valores médios de:<br />
- Peso Específico: 18,5 a 18,6 kN/m3<br />
- Índice de Vazios: 0,89 a 0,94<br />
- Índice de recompressão: 0,035 a 0,083<br />
- Índice de compressão virgem: 0,140 a 0,285<br />
- Índice de descompressão: 0,007 a 0,048<br />
- OCR: 1,29 a 1,69<br />
- Coeficiente de adensamento: 3,8x 10-4 a 5,0 x 10-4 cm2/s<br />
76
4 - Silte Arenoso Variegado Fofo a Pouco Compacto, Encontrado na Faixa Superficial<br />
das Áreas de Cotas Altas, (FARIAS et al 2001)<br />
• Caracterização Geotécnica: Silte areno argiloso fofo a pouco compacto, com<br />
coloração amarelada, mineralogicamente constituído principalmente de quartzo na<br />
fração areno-siltosa. A caracterização deste material foi realizada em amostras<br />
retiradas de camadas situadas nas profundidades de 0 a 6 m, sobrejacente à camada<br />
de areia fina compacta em área de terreno de cota alta da cidade, mais<br />
especificamente na Av. Gov. José Malcher, na altura da Trav. Almirante<br />
Wandenkolk, e apresentaram os valores médios abaixo discrimindos:<br />
- Limite de Liquidez (LL) = 17,90 %<br />
- Limite de Plasticidade (LP) = 12,20 %<br />
- Índice de Plasticidade (IP) = 5,70 %<br />
- Teor de Argila = 5,26 %<br />
- Teor de Silte = 63,16 %<br />
- Teor de Areia = 31,58 %<br />
• Parâmetros de Resistência: Apresentou NSPT com valores médios de 1 a 6.<br />
• Parâmetros de Colapsibilidade: Foram realizados ensaios de adensamento com<br />
estágios de carregamento de 25; 50; 100; 200; e 400 kPa, divididos em três fases<br />
distintas, na intenção de observar o comportamento do solo quanto a sua<br />
colapsibilidade quando inundado. Na 1ª fase as amostras eram carregadas com 25<br />
kPa até estabilizarem e depois inundadas. Na 2ª fase os ensaios foram realizados<br />
isoladamente em cada um dos estágios de tensão, primeiramente na umidade natural<br />
e depois com a amostra inundada. Na 3ª fase foram realizados com duas prensas<br />
carregando simultaneamente amostras na umidade natural e amostras inundadas. Os<br />
resultados médios obtidos indicam que o solo em questão é do tipo colapsível:<br />
- Peso Específico: 16,9 kN/m3<br />
- Índice de Vazios Natural (en): 0,84<br />
- Índice de Vazios no LL (eL): 0,56<br />
- Teor de Umidade Natural (Wn): 15,04%<br />
77
- Grau de Saturação Natural (Srn): 48,08%<br />
- Coeficiente de Colapso Estrutural (I): >> 2%<br />
3.1.3 – Investigação geotécnica da área estudada<br />
A área de estudo e destinada ao empreendimento é provida de 4 (quatro)<br />
sondagens SPT. As estacas selecionadas pelo projetista e consultor da fundação para a<br />
realização das Provas de Carga Dinâmicas estavam situadas entre as prospecções SP-03<br />
e SP-04. A figura 3 demonstra a localização das sondagens<br />
As sondagens SPT SP-03 e SP-04 atingiram as profundidades de 41,45 metros e<br />
40,45 metros, respectivamente. Ambas as investigações apresentaram um perfil<br />
geotécnico constituído em sua maior parte por argila silto arenosa de cor cinza, com<br />
camadas intervalares de areia siltosa em profundidades variadas. Os estudos geotécnicos<br />
foram concluídos, em uma camada de areia silto argilosa de cor cinza perfil geotécnico<br />
completo de sondagem SPT pode ser consultado no anexo A.<br />
Figura 29: Localização das sondagens spt.<br />
Fonte: WS Geotecnia<br />
78
Figura 30: Sondagem SP-03 – folha 01<br />
Fonte: WS Geotecnia<br />
79
Figura 31: Sondagem SP-03 – folha 02<br />
Fonte: WS Geotecnia<br />
80
Figura 32: Sondagem SP-03 – folha 03<br />
Fonte: WS Geotecnia<br />
81
Figura 33: Sondagem SP-03 – folha 04<br />
Fonte: WS Geotecnia<br />
82
CAPÍTULO 4: MATERIAIS E MÉTODOS<br />
Foram realizadas 5 (cinco) provas de carga dinâmica, escolhidas pelo projetista e<br />
consultor da fundação, a Figura A mostra a localização das estacas nos seus respectivos<br />
blocos de coroamento. As estacas eram compostas de 4 (quatro) perfis metálicos<br />
(fabricação GERDAU), sendo o primeiro a ser cravado do tipo HP 310 x 79,0 e os<br />
demais HP 310 x 93,0. O objetivo principal da realização dos ensaios foi a verificação da<br />
capacidade de carga e integridade das mesmas. A capacidade de carga de projeto das<br />
estacas era de 1900 kN.<br />
4.1 – EXECUÇÃO DAS ESTACAS<br />
Figura 34: Localização das estacas ensaiadas<br />
Fonte: CBM – Construtora Bruno Mileo<br />
Para a execução das estacas foi utilizado um bate – estaca de queda livre com<br />
plataforma sobre rolos. A cravação era feita através de um martelo de 32 kN e altura de<br />
queda de 2 metros. Como sistema de amortecimento, o capacete metálico do bate – estaca<br />
possuía cepo de madeira com 20 cm de espessura. A foto 1 mostra o equipamento<br />
83
utilizado para execução das estacas e a tabela 1 apresenta dados referentes à cravação dos<br />
perfis metálicos.<br />
ESTACA<br />
Figura 35: Bate–estaca utilizado para cravação das estacas ensaiadas<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
Tabela 10 - Dados referentes à cravação das estacas<br />
DATA DA<br />
CRAVAÇÃO<br />
PESO DO<br />
MARTELO <strong>DE</strong><br />
CRAVAÇÃO<br />
(kN)<br />
ALTURA<br />
<strong>DE</strong><br />
QUEDA<br />
(m)<br />
COMPRIMENTO<br />
CRAVADO (m)<br />
P08-54 11/04/2012 32,00 2,00 47,70<br />
P08-55 09/04/2012 32,00 2,00 45,92<br />
P60-57 20/03/2012 32,00 2,00 45,49<br />
P60-58 16/03/2012 32,00 2,00 45,41<br />
P60-59 03/02/2012 32,00 2,00 45,20<br />
84
4.1.1 – Preparação das estacas para a Provas de Carga Dinâmica<br />
Como os perfis metálicos estavam cravados no terreno em sua totalidade, houve a<br />
necessidade de confeccionar “prolongamentos” nas estacas que seriam ensaiadas.<br />
Primeiramente foi feita uma pequena escavação em torno das cabeças das estacas, para<br />
que as mesmas fossem encontradas (ver figura 36), uma vez que já haviam sido aterradas.<br />
Em seguida foi executado um corte no topo da estaca com maçarico, com o<br />
objetivo de regularizar a superfície da mesma (ver figura 37) consequentemente a<br />
superfície já cortada era limpa com a utilização de uma lixadeira equipada com disco de<br />
desbaste (ver figura 38) melhorando horizontalidade da estaca, concluindo o preparo do<br />
perfil cravado (ver figura 39).<br />
Após a conclusão da fase de preparação da cabeça da estaca, segmentos de 2<br />
(dois) metros de comprimento foram soldados sobre as superfícies já preparadas (ver<br />
figura 40), concluindo a confecção do “prolongamento” (ver figura 41). Estes segmentos<br />
eram constituídos de perfil metálico GERDAU HP 310 x 93,0. Consequentemente, o<br />
bate-estaca posicionava-se à frente da estaca a ser ensaiada (ver figura 42).<br />
Figura 36: Cabeça da estaca escavada<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
85
Figura 37: Corte com o maçarico<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
Figura 38: Limpeza com lixadeira<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
86
Figura 39: Cabeça da estaca pronta<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
Figura 40: Solda do “prolongamento” na cabeça da estaca<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
87
Figura 41: “Prolongamento” concluído<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
Figura 42: Bate-estaca posicionado para realização da prova de carga<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
88
4.1.2 – Instrumentação das estacas<br />
Para dar-se inicio à instrumentação das estacas a serem ensaiadas, foram<br />
executados 4 (quatro) furos, em forma de cruz, de 6 mm diâmetro, com uma furadeira<br />
equipada com broca especifica. As fotos 43 e 44 mostram a execução das perfurações e<br />
as mesmas concluídas, respectivamente.<br />
Figura 43: Execução das perfurações na estaca<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
Figura 44: Perfurações concluídas<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
89
Após a conclusão das perfurações, 1 (um) par de transdutores de deformação<br />
especifica e 1 (um) par de acelerômetros foram fixados com parafusos no<br />
“prolongamento” confeccionado. Os transdutores eram fixados na mesma direção, porém<br />
em faces opostas da estaca, em cada face, 1 (um) acelerômetro era fixado à direita do<br />
transdutor. A foto J mostra a instrumentação instalada na estaca.<br />
As figuras 46 a 50 demonstram o posicionamento da instrumentação nos<br />
“prolongamentos” de cada estaca, tomando como partida o nível do terreno (N.T.).<br />
Em seguida, a instrumentação era conectada por meio de cabos a um analisador de<br />
cravação de estacas (Pile Driving Analyser – PDA) do modelo PAX, fabricado pela Pile<br />
Dynamics Inc. (PDI). A foto K mostra o equipamento utilizado sendo manuseado.<br />
Figura 45: Instrumentação concluída<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
90
Figura 46: Posicionamento da instrumentação na estaca P08-54<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
Figura 47: Posicionamento da instrumentação na estaca P08-55<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
Figura 48: Posicionamento da instrumentação na estaca P60-57<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
91
Figura 49: Posicionamento da instrumentação na estaca P60-58<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
Figura 50: Posicionamento da instrumentação na estaca P60-59<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
Figura 51: PDA sendo manuseado<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
92
4.2 – REALIZAÇÃO DA <strong>PROVA</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> DINÂMICA<br />
Para a realização das Provas de Carga Dinâmica foi utilizado um bate – estaca de<br />
queda livre com plataforma sobre rolos, semelhante ao utilizado para a cravação das<br />
estacas, o mesmo possui martelo de 29 kN. Como sistema de amortecimento, o capacete<br />
metálico do bate – estaca possuía cepo de madeira com 20 cm.<br />
Antes do inicio da aplicação dos golpes na estaca era fixado um papel à mesma<br />
para que fossem tomadas medidas de nega de maneira tradicional (ver figura 52). As<br />
Provas de Carga Dinâmicas foram realizadas com energia crescente, ou seja, a altura de<br />
queda do martelo era aumentada a cada golpe que o mesmo aplicava sobre a estaca. A<br />
tabela 2 apresenta alguns dados referentes à realização dos perfis metálicos.<br />
Figura 52: Papel destinado a medida de Nega<br />
Fonte: Arquivo pessoal<br />
Tabela 11- dados referentes à realização das provas de carga dinâmica<br />
ESTACA<br />
DATA DO<br />
ENSAIO<br />
PESO DO<br />
MARTELO<br />
DO ENSAIO<br />
(kN)<br />
ALTURAS <strong>DE</strong> QUEDA (m)<br />
P08-54 09/07/2012 29,00 2,0 / 4,0 / 5,0 / 6,0 / 7,0<br />
P08-55 09/07/2012 29,00 2,0 / 4,0 / 5,0 / 6,0 / 7,0<br />
P60-57 09/07/2012 29,00 2,0 / 4,0 / 5,0 / 6,0 / 7,0<br />
P60-58 09/07/2012 29,00 2,0 / 4,0 / 5,0 / 6,0 / 7,0<br />
P60-59 09/07/2012 29,00 1,0 / 2,0 / 3,0 / 4,0 / 5,0 / 6,0 / 7,0<br />
93
CAPÍTULO 5: APRESENTAÇÃO <strong>DE</strong> RESULTADOS<br />
5.1 – DADOS OBTIDOS PELO MÉTODO CAPWAP<br />
Durante a realização das Provas de Carga Dinâmica, o PDA processa os dados<br />
obtidos através da instrumentação no fuste da estaca, porém o Jc (fator de amortecimento<br />
dinâmico do solo) utilizado durante o ensaio foi arbitrário.<br />
Os dados obtidos foram analisados pelo método CAPWAP, onde o Jc foi<br />
reajustado, chegando a resistências máximas mobilizadas mais coerentes. As tabelas 12 a<br />
16, mostram os dados obtidos já analisado pelo método CAPWAP. Os dados obtidos em<br />
campo podem ser consultados no anexo B.<br />
Tabela 12 - Dados da estaca P08-54<br />
Nº h queda<br />
GOLPE (m)<br />
RMX<br />
(kN)<br />
EMX<br />
(kNm)<br />
DMX<br />
(mm)<br />
NEGA<br />
(mm)<br />
CSX<br />
(MPa)<br />
TSX<br />
(MPa) Eficiência<br />
1 2,00 1125 31,0 20,0 < 1 151,8 42,0 53%<br />
2 4,00 1984 64,0 31,0 < 1 225,5 61,6 55%<br />
3 5,00 2464 86,0 36,0 < 1 265,2 61,6 59%<br />
4 6,00 2545 92,0 38,0 < 1 278,4 67,2 53%<br />
5 7,00 2722 110,0 41,0 < 1 296,6 64,2 54%<br />
Tabela 13 - Dados da estaca P08-55<br />
Nº h queda RMX EMX DMX NEGA CSX TSX<br />
GOLPE (m) (kN) (kNm) (mm) (mm) (MPa) (MPa) Eficiência<br />
1 2,00 1315 29,0 20,0 < 1 144,5 41,5 50%<br />
2 4,00 2056 61,0 30,0 < 1 209,9 62,9 53%<br />
3 5,00 2392 77,0 34,0 < 1 256,3 69,9 53%<br />
4 6,00 2731 96,0 38,0 < 1 300,6 77,1 55%<br />
5 7,00 2973 122,0 45,0 < 1 340,7 65,3 60%<br />
94
Tabela 14 - Dados da estaca P60-57<br />
Nº h queda RMX EMX DMX NEGA CSX TSX<br />
GOLPE (m) (kN) (kNm) (mm) (mm) (MPa) (MPa) Eficiência<br />
1 2,00 1227 27,0 18,0 < 1 147,3 38,0 47%<br />
2 4,00 2188 59,0 28,0 < 1 222,0 54,1 51%<br />
3 5,00 2515 77,0 34,0 < 1 249,0 62,0 53%<br />
4 6,00 2836 99,0 39,0 < 1 271,3 62,9 57%<br />
5 7,00 3288 137,0 47,0 < 1 316,8 30,5 67%<br />
Tabela 15 - Dados da estaca P60-58<br />
Nº h queda RMX EMX DMX NEGA CSX TSX<br />
GOLPE (m) (kN) (kNm) (mm) (mm) (MPa) (MPa) Eficiência<br />
1 2,00 1192 30,0 19,0 < 1 153,1 37,7 52%<br />
2 4,00 1865 53,0 27,0 < 1 200,2 52,1 46%<br />
3 5,00 2221 70,0 31,0 < 1 234,8 57,7 48%<br />
4 6,00 2682 92,0 36,0 < 1 274,6 63,6 53%<br />
5 7,00 2747 121,0 46,0 < 1 289,1 61,7 60%<br />
Tabela 16 - Dados da estaca P60-59<br />
Nº h queda RMX EMX DMX NEGA CSX TSX<br />
GOLPE (m) (kN) (kNm) (mm) (mm) (MPa) (MPa) Eficiência<br />
1 1,00 649 10,0 10,0 < 1 94,2 24,5 34%<br />
2 2,00 1360 26,0 18,0 < 1 148,5 38,9 45%<br />
3 3,00 1972 44,0 24,0 < 1 184,4 49,9 51%<br />
4 4,00 2323 55,0 28,0 < 1 224,1 59,2 47%<br />
5 5,00 2557 75,0 33,0 < 1 242,9 59,6 52%<br />
6 6,00 2913 91,0 36,0 < 1 281,6 64,1 52%<br />
7 7,00 3516 136,0 47,0 < 1 331,8 40,9 67%<br />
5.2 – CURVAS <strong>DE</strong> RESISTÊNCIA X <strong>DE</strong>SLOCAMENTO<br />
Através dos dados obtidos pelo PDA e analisados pelo método CAPWAP, é<br />
possível determinar as curvas de resistência mobilizada (RMX) versus o deslocamento<br />
máximo de cada golpe (DMX). As figuras 53 a 57 demonstram as curvas RMX x DMX<br />
de cada estaca ensaiada, e a figura 58 apresenta todas as curvas juntas.<br />
95
Figura 53: Curva Resistência x Deslocamento da Estaca P08-54<br />
Fonte: Autor<br />
Figura 54: Curva Resistência x Deslocamento da Estaca P08-55<br />
Fonte: Autor<br />
96
Figura 55: Curva Resistência x Deslocamento da Estaca P60-57<br />
Fonte: Autor<br />
Figura 56: Curva Resistência x Deslocamento da Estaca P60-58<br />
Fonte: Autor<br />
97
Figura 57: Curva Resistência x Deslocamento da Estaca P60-59<br />
Fonte: Autor<br />
Figura 58: Curva Resistência x Deslocamento de todas as estacas ensaiadas<br />
Fonte: Autor<br />
98
5.3 – GRÁFICOS <strong>DE</strong> FORÇA MEDIDA E CALCULADA<br />
As figuras 59 a 63 apresentam os gráficos de força medida sobreposta à força<br />
calculada pelo método CAPWAP, através da resolução da equação da onda. Utilizando o<br />
modelo da estaca, o solo descrito e a velocidade medida como elementos de contorno. A<br />
força medida é representa pela linha contínua e a força calculada pela linha tracejada,<br />
quanto maior for sobreposição destas, maior será a comprovação da eficácia dos métodos<br />
utilizados.<br />
Figura 59: Gráfico Força medida e Força calculada da estaca P08-54<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
Figura 60: Gráfico Força medida e Força calculada da estaca P08-55<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
99
Figura 61: Gráfico Força medida e Força calculada da estaca P60-57<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
Figura 62: Gráfico Força medida e Força calculada da estaca P60-58<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
100
Figura 63: Gráfico Força medida e Força calculada da estaca P60-59<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
5.4 – GRÁFICOS <strong>DE</strong> SINAIS <strong>DE</strong> FORÇA E VELOCIDA<strong>DE</strong><br />
Nas figuras 64 a 68, são demonstrados os gráficos com os sinais de força e<br />
velocidade registrados pelo PDA, estes são dados de entrada para o método CAPWAP.<br />
Figura 64: Gráfico com sinais de Força medida e Velocidade da estaca P08-54<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
101
Figura 65: Gráfico com sinais de Força medida e Velocidade da estaca P08-55<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
Figura 66: Gráfico com sinais de Força medida e Velocidade da estaca P60-57<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
102
Figura 67: Gráfico com sinais de Força medida e Velocidade da estaca P60-58<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
Figura 68: Gráfico com sinais de Força medida e Velocidade da estaca P60-59<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
103
5.5 – SIMULAÇÃO <strong>DE</strong> <strong>PROVA</strong> <strong>DE</strong> <strong>CARGA</strong> ESTÁTICA<br />
O método de análise CAPWAP é capaz de simular prova de carga estática,<br />
consequentemente elaborando uma curva carga x recalque. Nas figuras 69 a 73 são<br />
apresentadas as simulações de cada estaca ensaiada. A linha contínua representa o<br />
comportamento da região onde houve a instrumentação no fuste da estaca, enquanto que<br />
a linha tracejada representa o comportamento da ponta da estaca.<br />
O método de análise CAPWAP calcula a carga e o recalque resultante no topo<br />
para cada carga incremental na ponta. Considerando a elasticidade do solo, da estaca,<br />
velocidade de deslocamento da estaca nula em relação ao solo. Após um período de<br />
repouso após a cravação, o comportamento registrado pode ser diferente, uma vez que a<br />
simulação é feita no momento do ensaio.<br />
Figura 69: Simulação de Prova de Carga Estática da estaca P08-54<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
104
Figura 70: Simulação de Prova de Carga Estática da estaca P08-55<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
Figura 71: Simulação de Prova de Carga Estática da estaca P60-57<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
105
Figura 72: Simulação de Prova de Carga Estática da estaca P60-58<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
Figura 73: Simulação de Prova de Carga Estática da estaca P60-59<br />
Fonte: FUGRO IN SITU, 2012<br />
106
5.6 – GRÁFICO <strong>DE</strong> NEGA X <strong>DE</strong>SLOCAMENTO<br />
Durante a execução das Provas de Carga Dinâmica com Energia Crescente, foi<br />
registrado através do PDA (Pile Driving Analyzer) valores de deslocamento máximo a<br />
cada golpe, também foram registrados medições de nega com a utilização de papel e<br />
caneta. As figuras 74 a 78 demonstram os gráficos com os valores de nega obtidos a cada<br />
golpe versus os valores dos deslocamentos máximos. A figura 79 apresenta todos os<br />
gráficos reunidos.<br />
DMX (mm)<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Figura 74: Gráfico de Nega x Deslocamento – estaca P08-54<br />
Fonte: Autor<br />
R² = 0,48024<br />
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5<br />
Nega (mm)<br />
107
DMX (mm)<br />
DMX (mm)<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
55<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Figura 75: Gráfico de Nega x Deslocamento – estaca P08-55<br />
Fonte: Autor<br />
Figura 76: Gráfico de Nega x Deslocamento – estaca P60-57<br />
Fonte: Autor<br />
R² = 0,67761<br />
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5<br />
Nega (mm)<br />
R² = 0,94081<br />
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5<br />
Nega (mm)<br />
108
DMX (mm)<br />
DMX (mm)<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
Figura 77: Gráfico de Nega x Deslocamento – estaca P60-58<br />
Fonte: Autor<br />
Figura 78: Gráfico de Nega x Deslocamento – estaca P60-59<br />
Fonte: Autor<br />
R² = 0,97438<br />
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5<br />
Nega (mm)<br />
R² = 0,89728<br />
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5<br />
Nega (mm)<br />
109
DMX (mm)<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Figura 79: Gráfico de Nega x Deslocamento de todas as estacas<br />
Fonte: Autor<br />
5.7 – COMPARAÇÃO DOS RESULTADOS<br />
Nas figuras 80 a 84, são feitas comparações entre a capacidade de carga estática<br />
de projeto obtida através de métodos semi-empiricos, as formulações dinâmica de Janbu e<br />
Dinamarqueses e as resistências máxima mobilizadas obtidas através do método<br />
CAPWAP. Na figura 85 tem-se o mesmo comparativo, porém, com todas as estacas<br />
ensaiadas.<br />
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5<br />
Nega (mm)<br />
110<br />
P08-‐54<br />
P08-‐55<br />
P60-‐57<br />
P60-‐58<br />
P60-‐59
ESTACA P08-‐54<br />
RESISTÊNCIA (kN)<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
1900<br />
ESTACA P08-‐55<br />
RESISTÊNCIA (kN)<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
2200,0<br />
Figura 80: Comparação entre resultados da estaca P08-54<br />
Fonte: Autor<br />
Figura 81: Comparação entre resultados da estaca P08-55<br />
Fonte: Autor<br />
2721,4 2722,0<br />
PROJETO JANBU DINAMARQUESES PDA -‐ CAPWAP<br />
1900<br />
2249,4<br />
2773,7<br />
2973,0<br />
PROJETO JANBU DINAMARQUESES PDA -‐ CAPWAP<br />
111
ESTACA P60-‐57<br />
RESISTÊNCIA (kN)<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
1900<br />
ESTACA P60-‐58<br />
RESISTÊNCIA (kN)<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
2343,1<br />
Figura 82: Comparação entre resultados da estaca P60-57<br />
Fonte: Autor<br />
Figura 83: Comparação entre resultados da estaca P60-58<br />
Fonte: Autor<br />
2623,6<br />
2836,0<br />
PROJETO JANBU DINAMARQUESES PDA -‐ CAPWAP<br />
1900<br />
2345,7<br />
2625,7<br />
2747,0<br />
PROJETO JANBU DINAMARQUESES PDA -‐ CAPWAP<br />
112
ESTACA P60-‐59<br />
RESISTÊNCIA (kN)<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
1900<br />
2380,4<br />
Figura 84: Comparação entre resultados da estaca P60-59<br />
Fonte: Autor<br />
2684,0<br />
2913,0<br />
PROJETO JANBU DINAMARQUESES PDA -‐ CAPWAP<br />
113
RESISTÊNCIA (kN)<br />
3500<br />
3000<br />
2500<br />
2000<br />
1500<br />
1000<br />
500<br />
0<br />
Figura 85: Comparação entre resultados de todas as estacas<br />
Fonte: Autor<br />
CAPÍTULO 6: SUGESTÕES E CONCLUSÕES<br />
Com o término desta pesquisa, propõem-se as seguintes sugestões para<br />
pesquisas futuras:<br />
• Realizar estudos aprofundados com os dados obtidos pela análise CAPWAP,<br />
detalhando a mecânica das ondas e suas derivações;<br />
• Estudar a influência do pré-furo que foi executado em duas das cinco estacas<br />
ensaiadas;<br />
• Estudar o efeito set-up;<br />
PROJETO JANBU DINAMARQUESES PDA -‐ CAPWAP<br />
ESTACA P08-‐54 1900 2200,0 2721,4 2722,0<br />
ESTACA P08-‐55 1900 2249,4 2773,7 2973,0<br />
ESTACA P60-‐57 1900 2343,1 2623,6 2836,0<br />
ESTACA P60-‐58 1900 2345,7 2625,7 2747,0<br />
ESTACA P60-‐59 1900 2380,4 2684,0 2913,0<br />
• Redimensionar a fundação com coeficiente de segurança reduzido.<br />
114
115<br />
Após análise dos dados obtidos em campo e analisado pelo método CAPWAP,<br />
chegou-se às seguintes conclusões:<br />
• Todos os resultados foram satisfatórios, comprovando a qualidade e confiabilidade<br />
do estaqueamento;<br />
• As cargas mobilizadas pela Prova de Carga Dinâmica foram maiores que a carga<br />
estática de projeto;<br />
• Os gráficos de Força Medida e Força Calculada obtiveram uma sobreposição<br />
satisfatória, comprovando a eficiência dos métodos de análise;<br />
• O martelo de queda-livre utilizado mobilizou cargas satisfatórias, porém as mesmas<br />
poderiam ser mais elevadas caso o equipamento possuísse um martelo maior;<br />
• Os gráficos de Nega x DMX mostraram que as estacas com maior tempo de cravação<br />
possuem melhor correlação que as estacas de cravação mais recentes;<br />
• Controles de cravação por nega e formulações dinâmicas mostraram-se eficientes e<br />
confiáveis neste estudo de caso;<br />
• Através de todos os ensaios com energia crescente analisado pelo método CAPWAP,<br />
conclui-se que a Prova de Carga Dinâmica é uma boa opção para verificar o<br />
comportamento de estacas;<br />
• Devido a possibilidade apresentada pela NBR 6122/2010 da substituição de ensaios<br />
estáticos por dinâmicos em sua maioria e perante os resultados satisfatórios dos<br />
inúmeros estudos e da vasta experiência nacional e internacional acerca da<br />
comparação de Prova de Carga Estática com Prova de Carga Dinâmica, esta última<br />
vem sendo cada vez mais utilizada.<br />
• Relação Custo x Beneficio melhor que da Prova de Carga Estática, devido sua boa<br />
produtividade e resultados conclusivos;<br />
115
CAPÍTULO 7: REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS<br />
1. ALBUQUERQUE, Paulo José Rocha De. (1996). Análise do comportamento de<br />
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