UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ CENTRO DE … · Figura 33 – Gráfico do índice de resistência (NSPT) e perfil estratigráfico do SPT01 da Obra 1 ..... 68 Figura 34 – Gráfico

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA HIDRÁULICA E AMBIENTAL

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

MESTRADO EM GEOTECNIA

DIANA RODRIGUES DE LIMA

CONTRIBUIÇÃO AO ESTUDO DO DESEMPENHO DE ESTACAS DO TIPO

RAIZ

FORTALEZA

2014

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará

Biblioteca de Pós-Graduação em Engenharia - BPGE

L697c Lima, Diana Rodrigues de.

Contribuição ao estudo do desempenho de estacas do tipo raiz / Diana Rodrigues de Lima. – 2014. 122 f. : il. color., enc. ; 30 cm. Dissertação (mestrado) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Tecnologia, Departamento de

Engenharia Hidráulica e Ambiental, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Fortaleza, 2014.

Área de Concentração: Geotecnia. Orientação: Prof. Dr. Alfran Sampaio Moura. 1. Geotecnia. 2. Capacidade de carga. 3. Controle executivo. I. Título.

CDD 624.1513

A Deus. À minha mãe, Ana Rodrigues.

Aos meus irmãos, Emanuel, Dayana e Jansse

AGRADECIMENTOS

A Deus, por seu amor e sua presença sempre constantes em minha vida;

À minha mãe, Ana Rodrigues, pelo seu carinho e paciência nos inúmeros momentos em que precisei ficar ausente; e o meu irmão, Emanuel Rodrigues, por sempre colocar um sorriso em meu rosto;

Ao meu orientador, Prof. Dr. Alfran Sampaio Moura; pelo seu apoio e dedicação neste trabalho, bem como por seu entusiasmo, paciência e suas palavras de incentivo que me motivam a cada nova etapa;

Ao Prof. Dr. Francisco Chagas da Silva Filho, pela amizade e por seus ensinamentos; e ao professor Dr Silvrano Adonias Dantas Neto, pelas brilhantes aulas durante este mestrado, e sua disponibilidade em ajudar na minha formação e dos demais colegas de curso;

Aos amigos Gleiber Chagas e Michele Alves, pela amizade e cumplicidade;

Aos servidores do Laboratório de Mecânica dos Solos e Pavimentação, pela prontidão em auxiliar no aprendizado e por todo o incentivo;

À Coordenação do POSDEHA, na pessoa do Prof. Dr Francisco de Assis de Souza Filho, por me aceitar no programa e contribuir na minha formação acadêmica; e à secretaria do POSDEHA, por sua disposição em ajudar nos assuntos burocráticos e por seu atendimento de qualidade;

À FUNCAP, pelo apoio financeiro à pesquisa;

À UFCA - Campus Juazeiro do Norte, por me liberar das minhas atividades profissionais para que eu pudesse cursar o mestrado;

À empresa GEOBRASIL, na pessoa do Engº. Nóbrega Júnior, por seu suporte, durante a etapa prática deste trabalho, e sua disposição em prestar informações relevantes à pesquisa;

Aos engenheiros, técnicos e encarregados da GEOBRASIL (Ronaldo, Fausto, André e Milson) pelo apoio e esclarecimentos;

Aos meus amigos pela torcida e pelo suporte emocional, nos tempos difíceis ao longo deste trabalho; e aos meus pastores, pelo suporte espiritual e pela paciência nos longos períodos em que estive ausente;

A todos que colaboraram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho, muito obrigada.

“Em todo trabalho há proveito, mas ficar só em palavras leva à pobreza.”

Pv 14:23

RESUMO

Durante a execução das fundações de uma edificação, comumente se verifica a

capacidade de carga empregando-se métodos específicos que variam de acordo com o tipo de

estaca, o que é denominado avaliação de desempenho da fundação. Para estacas o controle é,

em geral, feito com base em de prova de carga. Este trabalho propõe uma formulação

empírica para previsão da capacidade de carga de estacas tipo raiz, obtidas por meio de

algumas variáveis monitoradas durante a execução das mesmas utilizando um velocímetro

digital. Para isso foram realizadas provas de carga estáticas lentas em três estacas raiz

monitoradas, com diâmetros de 350 e 410 mm. Diversas combinações entre as parcelas da

capacidade de carga de ponta e lateral e as variáveis monitoradas foram testadas, utilizando-se

os programas de computador Excel e Maple. Posteriormente foi buscada uma expressão para

a previsão da carga de ruptura das estacas ensaiadas, como uma função das variáveis

monitoradas, segundo relações do tipo polinomial, exponencial, logarítmica e combinação

linear, tendo como referência o valor obtido de acordo com o método da Norma ABNT NBR

6122:2010. Foi verificado que há correlação entre a capacidade de carga e as variáveis

monitoradas. As variáveis que melhor se ajustaram na correlação foram: rotação e velocidade

de avanço. Os resultados obtidos pela expressão proposta foram concordantes com os valores

de referência para as estacas ensaiadas. O método de Lizzi (1982) apresentou estimativas mais

concordantes com os resultados obtidos na formulação proposta que correlaciona capacidade

de carga e variáveis envolvidas no processo executivo.

Palavras-chave: Estaca raiz; Capacidade de carga; Controle executivo.

ABSTRACT

During the execution of the foundations of buildings, commonly occurs load

capacity by specific methods which vary depending on the type of pile. For root piles, the

control is, usually, done by load test. This paper proposes an empirical formulation for

prediction of load capacity of root piles, using some variables monitored during the execution

of the same, using a digital speedometer. For this, slow static load test in three root piles

monitored with diameters of 350 to 410 mm were conducted. Various combinations between

plots of load capacity of end bearing pile and shaft wall and the monitored variables were

tested, using the computer programs Excel and Maple. Was subsequently sought an

expression for predicting the failure load of the piles tested, as a function of monitored

variables, according to relations of type polynomial, exponential, logarithmic and linear

combination, by reference to the value obtained in the method of Standard ABNT NBR

6122:2010. It was found that there is a correlation between the load capacity and the

monitored variables. The variables that best fit the correlation were: rotation and forward

speed. The results obtained with the expression proposed were in agreement with the

reference values for the tested cuttings. The method of Lizzi (1982) showed more consistent

estimates with the results obtained in the proposed wording that correlates load capacity and

variables involved in enforcement proceedings.

Keywords: Root Pile; Load Capacity; Executive Control.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Modelo de estaca para fórmulas dinâmicas .......................................................................................... 18

Figura 2 – Relação R x C2 .................................................................................................................................... 21

Figura 3 – Medição da nega e do repique elástico. ................................................................................................ 22

Figura 4 – Sistema de montagem de uma prova de carga estática. ........................................................................ 25

Figura 5 – Colocação do macaco hidráulico sobre o bloco de coroamento da estaca. .......................................... 25

Figura 6 – Montagem do sistema de reação .......................................................................................................... 25

Figura 7 – Colocação das vigas de referência ....................................................................................................... 26

Figura 8 – Prova de carga estática ......................................................................................................................... 26

Figura 9 – Curva carga x recalque com ruptura bem definida. .............................................................................. 29

Figura 10 – Curva carga x recalque com ruptura indefinida. ................................................................................ 29

Figura 11 – Critério dos 80% proposto por Brinch - Hansen ................................................................................ 32

Figura 12 – Método de Chin .................................................................................................................................. 33

Figura 13 – Comparativos entre as metodologias de previsão de carga de ruptura ............................................... 35

Figura 14 – Sinal típico PDA ................................................................................................................................ 36

Figura 15 – Método CASE: registro típico de força e velocidade versus impedância de uma estaca. .................. 40

Figura 16 – Sequência de ajuste de um sinal pelo método CAPWAP. .................................................................. 41

Figura 17 – Execução de estaca raiz ...................................................................................................................... 47

Figura 18 – Nivelamento do equipamento antes da escavação.............................................................................. 48

Figura 19 – Locação da estaca antecedente escavação .......................................................................................... 48

Figura 20 – Escavação de estaca raiz com tubos de revestimento. ........................................................................ 49

Figura 21 – Escavação de estaca raiz com tubos de revestimento e broca. ........................................................... 49

Figura 22 – Colocação da armadura e uma estaca raiz. ......................................................................................... 50

Figura 23 – Mistura de argamassa para moldar o fuste de uma estaca raiz. .......................................................... 51

Figura 24 – Preenchimento do fuste da estaca raiz com argamassa. ..................................................................... 51

Figura 25 – Aplicação de golpes de ar comprimido na moldagem do fuste de uma estaca raiz. ........................... 52

Figura 26 – Extração dos tubos de revestimento de uma estaca raiz. .................................................................... 52

Figura 27 – Mapa de Localização da Obra 1 ......................................................................................................... 65

Figura 28 – Mapa de Localização da obra 2 .......................................................................................................... 65

Figura 29 – Quadricone ......................................................................................................................................... 66

Figura 30 – Broca 1000 ......................................................................................................................................... 66

Figura 31 – Localização da estaca monitorada na Obra 1 ..................................................................................... 67

Figura 32 – Localização das estacas monitoradas na Obra 2 ................................................................................. 67

Figura 33 – Gráfico do índice de resistência (NSPT) e perfil estratigráfico do SPT01 da Obra 1 ........................... 68

Figura 34 – Gráfico do índice de resistência (NSPT) e perfil estratigráfico do SPT 02 da Obra 1 .......................... 69



Figura 37 – Resumo do índice de resistência (NSPT) da Obra 1 ............................................................................. 72

Figura 38 – Resumo do índice de resistência (NSPT) da Obra 2 ............................................................................. 73

Figura 39 – Gráfico do índice de resistência (NSPT) e perfil estratigráfico do SPT 02 da Obra 2 ......................... 74

Figura 40 – Gráfico do índice de resistência (NSPT) e perfil estratigráfico do SPT 06 da Obra 2 ......................... 75

Figura 41 – Localização das partes do dispositivo durante o monitoramento ....................................................... 77

Figura 42 – Carga última estimada pela NRB 6122/10 ......................................................................................... 79

Figura 43 – Comparação das previsões da capacidade de carga da Estaca 1, a partir de métodos semi-empíricos ............................................................................................................................................................................... 81



Figura 46 –Distribuição da capacidade de carga ao longo da profundidade para Estaca 1 ................................... 83

Figura 47 – Distribuição da capacidade de carga ao longo da profundidade para Estaca 2 .................................. 84

Figura 48 – Distribuição da capacidade de carga ao longo da profundidade para a Estaca 3 ................................ 85

Figura 49 – Resultado da prova de carga realizada na Estaca 1 ............................................................................ 86



Figura 52 – Determinação da capacidade de carga da Estaca 1, a partir do método da NBR 6122/2010. ............ 88

Figura 53 – Determinação da capacidade de carga da Estaca 2, a partir do método da NBR 6122/2010 ............. 88

Figura 54 – Determinação da capacidade de carga da Estaca 3, a partir do método da NBR 6122/2010 ............. 89

Figura 55 – Previsão da capacidade de carga da Estaca 1, a partir do método de Van Der Veen (1953) .............. 90



Figura 58 – Comparativo entre os valores de capacidade de carga estimados pelos métodos semi-empíricos, pelo método de Van Der Veen (1953) e pelo método da NBR 6122/2010. .................................................................. 92

Figura 59 – Comparativo de valores da capacidade de carga para a estaca 1 ........................................................ 99

Figura 60 – Comparativo de valores da capacidade de carga para a estaca 2 ...................................................... 100

Figura 61 – Comparativo de valores da capacidade de carga para a estaca 3 ...................................................... 101

Figura 62 – Comparativo geral da estaca 1 ......................................................................................................... 102



Figura B 1 – Previsão de Qult da Estaca 85......................................................................................................... 116

Figura B 2 – Previsão de Qult da Estaca 86......................................................................................................... 116

Figura B 3 – Previsão de Qult da Estaca 108................................................................................................. ...... 117




Figura B 7 – Previsão de Qult da Estaca 115.................................................................................................. ..... 119

Figura B 8 – Previsão de Qult da Estaca 116....................................................................................................... 119

Figura B 9 – Previsão de Qult da Estaca 117.................................................................................. ..................... 120

Figura B 10 – Previsão de Qult da Estaca 121................................................................................................ ..... 120

Figura B 11 – Previsão de Qult da Estaca 132................................................................................................ ..... 121

Figura B 12 – Previsão de Qult da Estaca 136................................................................................................ .... 121

Figura B 13 – Previsão de Qult da Estaca 145................................................................................................ .... 122

Figura B 14 – Previsão de Qult da Estaca 146................................................................................................. .... 122

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Resumo dos métodos de semi-empíricos utilizados na previsão de capacidade de carga de estacas ... 53

Tabela 2 – Valores de F1 e F2 em função do tipo de estaca ................................................................................... 54

Tabela 3 – Valores de K e α em função do tipo de solo ........................................................................................ 54

Tabela 4 – Valores de K em função das características do solo ............................................................................ 56

Tabela 5 – Valores de I, em função do diâmetro nominal da estaca ..................................................................... 56

Tabela 6 – Valores de resistência à compressão simples ....................................................................................... 57

Tabela 7 – Valores de β1 e β2 em função do tipo de solo ...................................................................................... 59

Tabela 8 – Valores de α e β em função do tipo de solo – Brasfond ...................................................................... 60

Tabela 9 – Valores de K e α em função do tipo de solo - Monteiro ...................................................................... 55

Tabela 10 – Valores de F1 e F2 em função do tipo de estaca - Monteiro ............................................................... 55

Tabela 11 – Previsão da capacidade de carga através de métodos semi-empíricos ............................................... 80

Tabela 12 – Resumo geral da previsão de capacidade de carga ............................................................................ 92

Tabela 13 – Informações registradas de execução das estacas raiz ....................................................................... 93

Tabela 14 – Resumo dos monitoramentos realizados durante a execução das estacas .......................................... 94

Tabela 15 – Tendências observadas nas variáveis monitoradas na estaca 1 .......................................................... 95



Tabela 18 – Valores de α (método proposto) ....................................................................................................... 98

Tabela 19 – Previsão de capacidade de carga pelo método experimental ............................................................. 98

Tabela 19 – Previsão de capacidade de carga pelo método experimental............................................................ 98

Tabela A 1 – Resultados do monitoramento nas estacas sem prova de carga.....................................................115

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................................. 14

1.1 Objetivo ............................................................................................................................................... 15

1.2 Estrutura do trabalho ............................................................................................................................ 15

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................................................... 16

2.1 Métodos de verificação de desempenho de estacas ............................................................................. 18

2.1.1 Uso da nega e do repique elástico no controle executivo de estacas cravadas à percussão ............. 18

2.1.2 Uso das provas de carga estáticas no controle executivo de estacas ................................................ 23

2.1.3 Ensaio de Carregamento Dinâmico ................................................................................................. 35

2.1.4 Uso da energia no controle executivo de estacas hélice contínua .................................................... 42

2.2 Estaca Tipo Raiz .................................................................................................................................. 45

2.2.1 Histórico .......................................................................................................................................... 45

2.2.2 Execução e Aplicações .................................................................................................................... 48

2.2.3 Previsão da capacidade de carga empregand-se métodos semi-empíricos ...................................... 52

2.2.4 Estado da arte para verificação do desempenho de estacas raiz ...................................................... 60

3. MATERIAIS E MÉTODOS .......................................................................................................................... 64

3.1 Metodologia ......................................................................................................................................... 64

3.2 Locais da área de estudo ...................................................................................................................... 65

3.3 Coleta de dados .................................................................................................................................... 67

3.4 Monitoramento ..................................................................................................................................... 76

3.5 Ensaio de Prova de Carga .................................................................................................................... 78

4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS ................................................................................. 80

4.1 Previsão da capacidade de carga por meio de formulações semi-empíricas ........................................ 80

4.2 Previsão da capacidade de carga por meio de provas de carga estática ............................................... 86

4.3 Resultado do Monitoramento ............................................................................................................... 93

4.4 Análises dos resultados do monitoramento .......................................................................................... 95

4.5 Desenvolvimento da proposta de método de controle executivo de estacas raiz ................................. 97

5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES ................................................................................................................ 105

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................................................ 108

APÊNDICES ....................................................................................................................................................... 115

APÊNDICE A: MONITORAMENTO DAS ESTACAS SEM PROVA DE CARGA .................................. 115

APÊNDICE B – PREVISÃO DE CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS SEM PROVA DE CARGA, POR MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS. ........................................................................................................... 116

14

1. INTRODUÇÃO

Dentre as diversas funcionalidades da engenharia de fundações, o controle

executivo é um dos assuntos que merece atenção especial, uma vez que a fundação é o

elemento estrutural responsável por receber os esforços e transferí-los ao solo, gerando uma

interação solo-estrutura. O tipo e o dimensionamento do elemento fundação dependem do

perfil de solo onde ela será executada e da carga que será solicitada, além de outras variáveis.

Na fase de projeto, o comportamento de uma fundação é previsto através de uma estimativa

da capacidade de carga, feita por meio de métodos que podem ser empíricos, semi-empíricos

e teóricos. Na etapa de execução das fundações, comumente se verifica a capacidade de carga

através da realização de provas de carga.

Para o caso de fundações profundas, uma gama de métodos é utilizada na

verificação de desempenho, desde aqueles mais tradicionais até mais modernos, como o

método descrito por Silva e Camapum (2010), para estacas do tipo hélice contínua. No caso

de estacas escavadas, medir variáveis no campo, como torque e energia, por exemplo, durante

sua execução é uma ferramenta eficaz nesse processo.

No caso de estacas raiz a verificação de desempenho é de fato avaliada após a sua

execução, uma vez que monitorar variáveis durante sua execução é um processo complexo e

dificultoso tanto pelo nível de insalubridade quanto pela não disposição de equipamentos que

o façam. Sendo assim, existe certa deficiência nesse sentido, comprovada pela experiência de

campo, enquanto se realizou a pesquisa, motivando assim, a busca por procedimento de

monitoramento viável e que auxiliasse na tomada de decisões em campo.

Neste trabalho será discutido o controle executivo de estacas raiz, através de uma

pesquisa que permeou as etapas do processo, desde a previsão de capacidade de carga dees

tipo de estaca por métodos semi-empíricos até à verificação de desempenho das mesmas. Um

monitoramento foi realizado durante a execução, visando medir variáveis envolvidas na

escavação, que tivessem alguma relação com a capacidade de carga das estacas, propondo

assim uma formulação empírica simplificada que auxilie na tomada de decisões no processo.

Esta pesquisa tem como objetivo discutir e comparar os métodos de previsão da

carga de ruptura, bem como propor uma formulação empírica para previsão de capacidade de

15

carga de estacas raiz, utilizando-se de algumas variáveis envolvidas na etapa de escavação,

como rotação e velocidade de avanço da perfuratriz.

1.1 Objetivo

O objetivo geral deste trabalho é propor uma formulação empírica que auxilie no

controle executivo de estacas raiz, de forma a propiciar que durante a execução da estaca ,

seja possível alterar o comprimento da estaca, caso seja necessário.

1.2 Estrutura do trabalho

A presente dissertação foi estruturada em seis capítulos, organizados da seguinte maneira:

Capítulo 1 – Introdução: apresenta um contexto geral sobre o assunto abordado no

trabalho, a justificativa da escolha do tema e os objetivos da pesquisa;

Capítulo 2 – Verificação de desempenho de estacas: contém uma revisão

bibliográfica, abordando os assuntos relacionados ao tema;

Capítulo 3 – Estacas raiz: conceitua e descreve o objeto de estudo da pesquisa;

apresenta os métodos de previsão de capacidade de carga aplicados para esse tipo de estaca e

cita as pesquisas atuais sobre o tema;

Capítulo 4 – Materiais e métodos: apresenta as diretrizes e etapas da pesquisa;

Capítulo 5 – Apresentação e análise dos resultados: expõe os resultados da

pesquisa, fazendo uma análise dos mesmos;

Capítulo 6 – Conclusões e sugestões: lista as principais ideias conclusivas da

pesquisa e propõe sugestões para futuros trabalhos.

16

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

A verificação do desempenho de uma fundação consta da aplicação de um

conjunto de procedimentos e técnicas, tanto do ponto de vista da integridade do elemento

estrutural como do comportamento do conjunto solo-fundação sob carregamento, a fim de

demonstrar que o previsto no projeto está sendo confirmado, ou não, na prática da execução.

A segurança à ruptura é o principal aspecto a ser verificado, ou seja, a resistência

e a integridade do elemento estrutural e a resistência do solo devem ser comprovadas, durante

e após a execução. A carga admissível especificada no projeto de fundação deve ser

confirmada quando da verificação de desempenho no campo. Essa confirmação pode ser feita

aplicando-se métodos estáticos ou dinâmicos.

A integridade pode ser verificada por métodos destrutivos ou não destrutivos,

após a instalação do elemento estrutural no solo.

De acordo com Hachich et al. (1998), a complexidade e a heterogeneidade dos

solos e suas características, a impossibilidade de visualização das fundações após sua

execução e as incertezas e dificuldades inerentes a ensaios de campo são fatores que

dificultam a verificação do desempenho das fundações; sendo assim necessário o controle, em

maior ou menor grau, nos métodos executivos dos diferentes tipos de fundações.

Assim, devem ser estabelecidos os critérios mínimos de verificação de

desempenho, qualidade, segurança, durabilidade, produtividade e custos, a partir das

exigências e definições das normas e códigos vigentes.

O Código de Defesa do consumidor (1991) estabelece que cabe ao fornecedor, e

não ao consumidor, o ônus da prova de sua inocência, bem como a reparação de danos

causados por defeitos e por informações insuficientes e inadequadas sobre utilização e riscos,

incluindo serviços de engenharia.

Na Europa, estabeleceu-se o Sistema de Eurocódigos, que fixa especificações

técnicas reconhecidas, de modo a satisfazer os requisitos de segurança e funcionalidade dos

edifícios e outras obras de engenharia civil, e serve de referência para os contratos de

construção públicos ou privados, de acordo com Maranha das Neves (1995). O Eurocódigo 7

17

é aquele que se refere à geotecnia, no qual a Parte I foi destinada ao projeto geotécnico de

fundações, contenções, aterros, taludes, tratamento de maciços e rebaixamentos.

A normalização técnica da construção civil no Brasil tornou-se mais dinâmica nos

últimos anos e algumas considerações sobre as normas da Associação Brasileira de Normas

Técnicas – ABNT elaboradas para serviços relacionados a fundações e contenções merecem

destaque com relação à qualidade e verificação do desempenho.

De acordo com a norma de projeto geotécnico, NBR 8044/83, no projeto

executivo devem constar as recomendações para acompanhamento da execução, registro e

verificação do comportamento das fundações como construídas. No acompanhamento, é

possível tanto confirmar as cotas de fundação, como monitorar o comportamento das

fundações, e para este, as investigações geralmente são restritas à verificação de recalques e

deslocamentos. A norma afirma que condicionantes geotécnicos que eventualmente possam

interferir durante ou após a conclusão da obra, devem ser enumerados e a sua importância

ressaltada, a fim de que possam ser devidamente considerados.

A norma NBR 6122/2010, que trata de projeto e execução de fundações, descreve

detalhadamente as características que devem apresentar os diferentes tipos de fundações,

advindo daí controles, verificações e observações a serem realizados durante a execução das

fundações. O capítulo denominado Controle Executivo apresenta, para os diferentes tipos de

fundações, tais controles e registros executivos, enquanto o capítulo seguinte da mesma

norma descreve as tolerâncias nas falhas decorrentes de dificuldades ou erros de execução.

Assim, torna-se possível a análise para aprovação ou rejeição da fundação. Ao final, os

objetivos do acompanhamento de uma obra são abordados num texto intitulado de

Observação do comportamento e instrumentação de obras de fundação.

A norma de segurança de escavação a céu aberto, NBR 9061/85, já cancelada e

substituída pela ????, tratava a necessidade de controlar a escavação e as edificações vizinhas,

através de inspeção e instrumentação, assim como a norma de projeto geotécnico, NBR

8044/83. No capítulo intitulado de Acompanhamento e Instrumentação, são tratados os

objetivos da instrumentação da obra e sua área de influência, subdividindo-os em:

instrumentação relacionada à segurança e instrumentação relacionada à verificação das

18

hipóteses adotadas no projeto de escavação e pesquisa. A norma descreve ainda os programas

de instrumentação e alguns tipos mais utilizados.

Segundo Hachich et al. (1998), no que diz respeito à verificação de desempenho,

nota-se que é dado grande importância e destaque ao assunto, faz-se necessária uma maior

divulgação e seriedade na aplicação das normas no país.

Alguns métodos modernos e códigos recentes (Eurocódigos, por exemplo)

estabelecem critérios de dimensionamento baseados nos estados-limites (definidos pela norma

NBR 8681/2004 - Ações e segurança nas estruturas) e na teoria da fiabilidade. Conforme

Maranha das Neves (1995), existem dificuldades na aplicação do método dos estados-limites

à geotecnia, exigindo generalizações, ajustes, conhecimento e experiências locais.

2.1 Métodos de verificação de desempenho de estacas

2.1.1 Uso da nega e do repique elástico no controle executivo de estacas cravadas à percussão

A nega corresponde à penetração média permanente da estaca causada pela

aplicação de 10 golpes do martelo e o seu uso é o método mais frequente no controle de

execução de estacas cravadas. A Figura 1, proposta por Aoki (1994), ilustra o modelo da

estaca durante uma cravação, em que:

Figura 1 – Modelo de estaca para fórmulas dinâmicas.

19

Fonte: Apud Aoki (1994)

L = comprimento da estaca;

E = módulo de elasticidade da estaca;

C = espessura da camada de solo sobre a qual se encontra a ponta da estaca;

El = energia líquida que provoca uma deformação elástica e plástica, no solo e na estaca;

EMX = energia máxima transferida para a estaca durante o golpe;

S = nega;

C3 = parcela da deformação elástica da ponta, devido à deformação das camadas de solo ao "quake";

C2 = deformação elástica do fuste devida à energia EMX;

RMX = carga estática mobilizada

K = deslocamento devido às deformações elásticas, do solo sob a ponta e do fuste, geralmente conhecido por repique elástico da ponta.

Considerando que não ocorre perda de energia para deformar o solo adjacente ao

fuste da estaca, pode-se então aplicar o princípio da conservação da energia, ou seja:

(1)

Por outro lado, o deslocamento máximo do topo DMX vale:

(2)

De (1) e (2), pode-se escrever:

(3)

Assim, a energia EMX deve ser menor que a energia líquida, aplicada ao sistema,

medida na instrumentação dinâmica.

Conforme Broms e Choo (1988), por exemplo, a energia líquida é dada por:

(4)

20

O tempo ta correspondente à velocidade de partícula igual a zero e ocorre no

instante onde o deslocamento DMX é máximo. A fórmula proposta decorre da expressão (1),

e a Figura 1 deixa claro que K = C2 + C3.

O valor S muitas vezes não representa somente a parcela devida às deformações

plásticas do solo e pode englobar, também, uma parcela de deformação elástica devida às

cargas residuais remanescentes no fuste. O deslocamento do topo da estaca indicado na Figura

1, medido dos mais diversos modos, pode ser usado para determinar o valor da carga

mobilizada RMX conforme os procedimentos de Uto et a.l (1985), Aoki (1986), Velloso

(1987) e Matsuo et al. (1989).

Dentre as diversas fórmulas dinâmicas para o cálculo da capacidade de carga

destacam-se as seguintes: Engineering News, Sanders, Fórmula dos Holandeses, Brix,

Fórmula dos Dinamarqueses e Jambu.

A fórmula dinâmica de Hiley, estima a capacidade de carga estática RMX em

função dos pesos do martelo (Wh) e da estaca (Wp), da altura de queda (H), da eficiência do

martelo (eh), do coeficiente de restituição n, da nega (S) e das perdas de energia do capacete,

da estaca e do solo (Cl, C2 e C3). De forma que:

(5)

De acordo com Chellis (1951), a parcela C2, devida às deformações elásticas do

fuste da estaca, seria calculada pela expressão:

(6)

Em que:

Ru = carga mobilizada ou resistência à ruptura;

I = profundidade do centro de cravação;

A = área da secção transversal

21

Segundo Berberian (1994), essa relação pode ser representada no diagrama de

deformação elástica da estaca, R x C2, de maneira que a energia de deformação corresponde à

área sobre o diagrama, conforme mostrado na Figura 2.

Figura 2 – Relação R x C2

Fonte: Berberian, D. Estacas. Fórmulas dinâmicas (1994)???????

Aoki (1986) propôs:

(7)

Enquanto Velloso (1987) propôs:

(8)

Em que:

, com (9)

Em que Rub é a parcela de carga na ponta da estaca.

Para um diagrama de esforços normais na ruptura, representado pela função R(z),

o encurtamento do fuste será máximo e de valor:

(10)

22

Por ocasião da ruptura, os deslocamentos do topo da estaca se devem,

predominantemente, à penetração da ponta no solo, com progressivo aumento da nega S e

com a parcela plástica C2 tendendo para um valor constante. Pode-se afirmar que S, C2 e C3

constituem medidas diretas do valor da carga mobilizada RMX.

Sendo FMX a força máxima, sua validade, a partir da curva deslocamento-tempo,

é por:

(11)

Em que υmáx é a velocidade máxima da partícula e I = E/A

O repique corresponde à parcela elástica do deslocamento máximo de uma seção

da estaca, causado pelo impacto da cravação, e seu uso é mais recente. Segundo Berberian

(1994), há uma tendência de utilizar o repique para a obtenção da resistência dinâmica, em

substituição da nega.

Dentre as fórmulas que utilizam o repique para a previsão de capacidade de carga,

destacam-se a fórmula de Velloso e a fórmula de Uto, que é decorrente da teoria da equação

da onda e é válida para valores de C3 da ordem de grandeza da nega.

A Figura 3 apresenta o dispositivo prático para a medição da nega e do repique

elástico, chamado também de nega elástica.

Figura 3 – Medição da nega e do repique elástico.

Fonte: Berberian, D. Estacas. Fórmulas dinâmicas, 1994.

Segundo Aoki (1986), as críticas feitas às fórmulas dinâmicas são devidas ao fato

de que a teoria do impacto entre dois corpos de Newton seria inadequada para simular o

23

fenômeno da cravação de estacas. Porém, estas fórmulas são usualmente utilizadas para o

controle da execução de estacas cravadas.

Vale observar que à medida que a resistência cresce, o valor da nega diminui e o

valor do repique aumenta.

2.1.2 Uso das provas de carga estáticas no controle executivo de estacas

Com emprego no Brasil datado de 1928, a prova de carga estática é um dos

ensaios de campo mais importantes na engenharia de fundações devido à confiabilidade dos

resultados quanto às informações sobre capacidade de carga e recalques do conjunto solo-

fundação.

É um ensaio do tipo tensão x deformação, que apresenta a principal vantagem de

representar o complexo comportamento do conjunto solo-fundação; influenciado pela

modificação provocada no solo pelos trabalhos de infraestrutura da obra e execução das

fundações e pelas incertezas decorrentes das dificuldades executivas das fundações. As

normas técnicas brasileiras da ABNT referentes a estes ensaios englobam: "prova de carga

direta sobre terreno de fundação - NBR 6489/84" e "estacas - prova de carga estática – NBR

12131/2006".

A metodologia normalizada no Brasil trata, basicamente, de aplicar cargas

conhecidas ao solo, através de elemento estrutural de fundação, medindo-se os deslocamentos

verticais decorrentes. As cargas aplicadas devem representar, da melhor forma possível, as

solicitações previstas quando em operação, até estabilização dos recalques. São divididas em

parcelas ou estágios de carregamentos sucessivos, que devem permanecer atuando durante

algum tempo. Cada estágio de carga é mantido até que os recalques e estabilizem.

De acordo com o critério das normas NBR 6489/84 e MB-3472/91 (substituída

por NBR 12131/2006) a estabilização ocorre quando em duas leituras sucessivas o recalque

não exceder 5% do recalque total observado no mesmo estágio de carregamento. A MB-

3472/91 adotava este critério, porém fixa um mínimo de 30 minutos para cada estágio. Os

intervalos de tempo entre leituras seguem aproximadamente uma progressão geométrica de

24

razão igual a dois, com a leitura inicial na aplicação da carga, e a segunda um minuto após.

Décourt (1994) afirma que, como a carga de ruptura física raramente é atingida, procura-se

conviver com a ruptura convencional, que corresponde a uma deformação da ordem de 10%

do diâmetro da estaca. O descarregamento também deve ser feito em estágios com controle de

deslocamentos até a estabilização, porém com duração mínima de 15 minutos por estágio.

As cargas são aplicadas, em geral, por meio de macaco hidráulico calibrado,

centradas em relação ao eixo da fundação e sem provocar vibrações e choques durante o

carregamento. No caso de estacas, um bloco de coroamento deve ser previamente concretado,

para atuar como elemento de transmissão das cargas do macaco para a fundação.

Durante a realização da prova de carga estática, as cargas são aplicadas e os

deslocamentos correspondentes do elemento estrutural de fundação são medidos em instantes

pré-fixados. As cargas aplicadas também podem ser medidas com a utilização de células de

carga, visando maior precisão. Os deslocamentos são medidos por um ou dois pares de

extensômetros (relógios comparadores).

A Figura 4 ilustra um sistema típico de montagem de uma prova de carga estática.

O sistema de reação geralmente é constituído por uma viga ou estrutura metálica. A viga de

reação pode ser mantida na posição devido ao peso de um caixão ou uma plataforma

carregada fixada ou na extremidade de ancoragens solidarizadas ao terreno, ou às estacas de

tração executadas para este fim ou ainda a elementos da fundação da obra situados nas

proximidades do local a ensaiar.

Distintos arranjos de montagens são propostos para os casos de carga axial de

tração; carga transversal; cargas combinadas como, por exemplo, esforços horizontais e

verticais simultâneos. Para casos em que é necessário ensaiar uma obra já executada, por

exemplo, na execução de reforço de fundação, pode-se optar pela utilização da própria

estrutura da edificação.

25

Figura 4 – Sistema de montagem de uma prova de carga estática.

Fonte: Site da Novageo (2014)

Das Figuras 5 à 8 tem-se a sequência de fotos da montagem e execução de uma

prova de carga realizada numa estaca raiz com diâmetro acabado de 410 mm, com carga de

trabalho de 1150 kN.

Figura 5 – Colocação do macaco hidráulico sobre o bloco de coroamento da estaca.

Fonte: Autor Figura 6 – Montagem do sistema de reação

26

Fonte: Autor Figura 7 – Colocação das vigas de referência

Fonte: Autor

Figura 8 – Prova de carga estática

Fonte: Autor

Cuidados como distância mínima dos tirantes ou das estacas de reação em relação

ao elemento a ensaiar e excesso de capacidade de carga do sistema de reação em relação à

carga máxima prevista no ensaio, devem ser tomados para evitar influências indesejáveis. O

tempo de cura de elementos de concreto moldados "in situ" deve ser no mínimo o necessário

para que a resistência atingida seja compatível com as solicitações da prova de carga. Em

estacas pré-moldadas cravadas, o intervalo mínimo entre sua instalação e o início do ensaio

corresponde ao tempo necessário à consolidação do solo em torno da estaca, alterado pela

cravação. Os intervalos recomendados para fundações profundas são de 3 dias para solos não

coesivos e de 10 dias para solos coesivos.

É importante também fazer uma calibração prévia do sistema de referência para

medidas de recalques por meio dos deflectômetros; bem como observar os aspectos

27

relacionados com tirantes do sistema de reação, centralização e inclinação de macacos e

elementos testados, e a necessidade de utilização de rótulas e células de carga.

A metodologia descrita caracteriza os ensaios lentos, ou SML "slow maintained

load test". Há variações ao ensaio lento, que são: o ensaio de carregamento a uma velocidade

de recalque constante (CRP, "constant rate of penetration test"); o ensaio de carregamento

rápido em estágios (QML, "quick maintained load test"); o ensaio de carregamento em ciclos

de carga e descarga e o de carregamento cíclico (CLT e SCI", "cyclic load test" e "swedish

cyclic test"); entre outros como Godoy (1983), Polla et al. (1988), Milititsky (1991).

O QML, denominado ensaio com carregamento rápido na norma NBR

12131/2006, difere do ensaio lento basicamente por manter os estágios de carga e descarga

por tempos determinados, independente de estabilização. Os recalques são lidos apenas no

início e final de cada estágio, que dura 5 minutos; a duração do ensaio fica reduzida a pouco

mais de 2 horas e a descarga, mais rápida. Além da redução de custo e prazo, este

procedimento proporciona melhor definição da curva "carga x recalque" devido à maior

quantidade de pontos para seu traçado, de acordo com Godoy (1983). Convém lembrar que o

uso deste ensaio está restrito a obras cujas cargas têm aplicação especial; ou a solos que não

mudaram de comportamento com a velocidade de carregamento.

O ensaio CRP, com duração média da ordem de 2 a 3 horas, permite apenas

determinar a carga limite do elemento de fundação ensaiado, para uma velocidade específica

de ensaio. São provocados recalques a uma velocidade constante pré-determinada, medindo-

se a força aplicada. O ensaio é concluído quando a carga não cresce mais com a penetração,

ou quando é atingido um elevado recalque. As dificuldades de execução e a necessidade de

equipamentos especiais, como o macaco hidráulico com fluxo constante de óleo contrapõem-

se às vantagens como sua curta duração e boa definição da curva "carga x recalque"

resultante.

Nos ensaios cíclicos, CLT ou SCI", o elemento de fundação é carregado a 1/3 da

carga de trabalho prevista em projeto e, em seguida, descarregado até a metade deste carga.

Após a repetição deste ciclo por 20 vezes, aumenta-se a carga máxima do ciclo anterior em

50% e repete-se o procedimento. Como o ensaio prossegue até a ruptura, e cada ciclo dura 20

minutos, o tempo total pode ser igual ou superior a um ensaio lento SLM, não apresentando

28

vantagem neste aspecto e em alguns casos se programa um ensaio cíclico em função do tipo

de solicitação. É evidente que os resultados do ensaio estão relacionados com o método

utilizado. Por este motivo, para permitir análises e comparações, o método e suas

características devem ser detalhadamente relatados com seus resultados.

Nas provas de carga em fundações profundas, as medidas de cargas e

deslocamentos não são obrigatoriamente limitadas ao topo do elemento ensaiado. Podem ser

medidos os deslocamentos e deformações em vários pontos, visando conhecer a transferência

de carga em profundidade, ou seja, o desenvolvimento de atrito lateral ao longo do fuste e a

pressão na ponta ou base da fundação. Como alternativas, existe a possibilidade de medir a

carga que chega à ponta ou base, através da instalação de célula de carga ou macaco

hidráulico nesta posição. Recentemente, desenvolveu-se um sistema de extensômetro

removível para estas medições com a vantagem de se escolher a posição, da instrumentação

após a execução da fundação. Serve assim para determinar o produto do módulo de

elasticidade da estaca pela área de sua seção transversal, constante a ser multiplicada pelos

recalques medidos, nas determinações das cargas nos demais pontos. Como o módulo de

elasticidade é, em geral, de difícil determinação, muitas vezes se fazem determinações

experimentais destes valores na execução da prova de carga, utilizando-se de uma seção

instrumentada no topo da estaca, livre da influência do terreno, portanto, com carga e

deformação conhecidas.

Estabelece a norma NBR 12131/2006 que em ensaios como estes devem constar

do relatório a descrição detalhada dos instrumentos utilizados e seu posicionamento, as

leituras e resultados obtidos, a formulação usada para a interpretação dos dados e a

interpretação gráfica da análise. Entre os resultados estão: a descrição do ensaio, incluindo

local, instalação, montagem, equipamentos, data e hora de início e fim, ocorrências

excepcionais; natureza e características do terreno, como o perfil geotécnico obtido em uma

sondagem próxima ou, o que é preferível, no próprio local; descrição do elemento ensaiado

quando for o caso, com as características da fundação e de sua execução; curva "carga x

recalque" ou "pressão x recalque" com indicações dos tempos de início e fim de cada estágio

e os respectivos recalques.

A norma NBR 12131/2006 estabelece ainda que esta curva deve ser desenhada

em "escala tal que a reta ligando a origem e o ponto da curva correspondente á carga estimada

29

de trabalho resulte numa inclinação de (20 ± 5)° com o eixo das cargas". Décourt (1994)

recomenda a apresentação do gráfico "carga (ou pressão) x recalque" de forma adimensional,

com as tensões normalizadas pela tensão de ruptura convencional ou física, e as deformações

normalizadas pela largura da fundação; desta maneira, na faixa de interesse de deformações

de 0 a 10% da largura da fundação, a curva resultante é única e independente das dimensões

das fundações.

O gráfico carga x recalque resultante de prova de carga sobre estaca isolada pode

ser dividido em três regiões: a primeira, de quase proporcionalidade entre carga e recalque,

utilizada para determinação do coeficiente de recalque; a segunda, de deformação

viscoplástica, onde não há possibilidade de relacionamento teórico carga-recalque, pois a

velocidade de carregamento influi muito sobre os recalques e a terceira, de ruptura, na qual se

define a capacidade de carga ou carga de ruptura da estaca, quando o recalque aumenta

indefinidamente com pequenos, ou nenhum, acréscimos de carga, conforme Vargas (1977).

As Figuras 9Figura 9 e 10 apresentam a curva carga x recalque resultante de uma

prova de carga com ruptura bem definida e ruptura indefinida, respectivamente.

Figura 9 – Curva carga x recalque com ruptura bem definida.

Fonte: Autor

Figura 10 – Curva carga x recalque com ruptura indefinida.

Fonte: Autor

30

Para avaliação da carga admissível com base em de provas de carga, a norma

NBR 6122/2010 estabelece que o fator de segurança contra ruptura deve ser igual a dois; que

a natureza do terreno, a velocidade de carregamento e a estabilização dos recalques devem ser

considerados na interpretação da prova de carga; que a capacidade de carga fica definida

quando ocorre ruptura nítida (a ruptura geral). Quando não, recomenda a norma, deve-se

determinar a carga de ruptura utilizando método consagrado na mecânica dos solos. De

acordo com a norma, na curva "carga x recalque", a determinação da carga de ruptura, é

aquela correspondente ao recalque expresso pela fórmula:

(12)

Em que:

sr = recalque de ruptura convencional (em mm);

Qr = carga de ruptura convencional;

L = comprimento da estaca;

A = área da seção transversal da estaca;

E = módulo de elasticidade do material da estaca,

D = diâmetro (em mm) do círculo circunscrito à estaca, exceto para estacas barretes.

A ruptura corresponde a um recalque igual a 1/30 do diâmetro da estaca, a menos

do encurtamento elástico de seu fuste. A determinação da carga admissível também deve

atender a critério estabelecido a partir do recalque; e não pode ser superior a 1 / 1,5 daquela

que produz o recalque admissível, compatível com a sensibilidade da construção projetada,

obtida na curva "carga x recalque" da prova de carga.

Pela norma, os resultados das provas de carga estáticas são interpretados de

acordo com dois critérios, sendo um relacionado ao recalque admissível, e outro a carga de

ruptura. Os coeficientes de segurança para obtenção da carga admissível são, no mínimo, de

1,5 em relação ao recalque admissível e de 2,0 em relação à carga de ruptura. Diversos

critérios foram desenvolvidos para definição da carga de ruptura, e a seguir citam-se os mais

utilizados.

31

Quando o ensaio não chega a atingir cargas próximas do valor correspondente à

ruptura, podem resultar valores bastante variados entre os diversos critérios. Os métodos

podem ser subdivididos em quatro grupos: do recalque limite, onde a carga de ruptura é

fixada em função de um valor de recalque máximo; da deformabilidade limite, onde a carga

de ruptura corresponde a um módulo de deformabilidade limite da estaca; da interseção das

fases pseudo-elástica e pseudo-plástica, em que são definidas duas retas na curva "carga x

recalque", cada uma representando uma das fases e a carga de ruptura corresponde ao ponto

de interseção das retas das fases pseudo-elástica e pseudo-plástica; e da forma matemática,

que parte do ajuste do gráfico resultante do ensaio a uma curva com formulação conhecida.

Dentro do primeiro grupo, destacam-se os métodos de Davisson (1972), da NBR-

6122 (2010), de Brinch-Hansen (1963), e de Terzaghi (1943).

No método de Davisson (1972), a carga limite, e não propriamente a carga de

ruptura, é a correspondente ao recalque:

(13)

No critério dos 90% de Brinch-Hansen (1963), a carga de ruptura é a

correspondente ao dobro do recalque medido para 90% daquela carga.

Também proposto por Brinch-Hansen (1963), o critério dos 80% considera a

curva carga x recalque como uma parábola, e a carga de ruptura a correspondente ao recalque

quatro vezes maior que o recalque medido para 80% daquela carga. A curva traçada é ,

onde s é o recalque e Q é a carga. A carga de ruptura é o ponto da curva de coordenadas (Qu;

su), sendo e , quando o ponto de coordenadas (0,8.Qu, 0,25.su) também

estiver contido na curva. Nestas expressões, C1, é o coeficiente angular da reta e C2, é o

intercepto no eixo das ordenadas. A Figura 11 ilustra o método descrito.

32

Figura 11 – Critério dos 80% proposto por Brinch - Hansen

Fonte: Hachich et. al., 1998

O método de Terzaghi (1943) considera como carga de ruptura a que corresponde

a um recalque igual a 10% do diâmetro da ponta da estaca.

No segundo grupo, enquadra-se o método de Fuller e Hoy (1977), no qual a carga

de ruptura será aquela correspondente ao ponto na curva carga x recalque tangente a uma reta

de inclinação 1,4 mm/Tf.

No terceiro grupo destacam-se o método de Butller e Hoy (1977) e o método de

De Beer (1945).

No método de Butller e Hoy (1977), a carga de ruptura é aquela correspondente ao

ponto de interseção de duas retas tangente à curva carga recalque, uma com inclinação de

1,4mm/Tf e a outra paralela à linha de compressão elástica da estaca. Já no método de De

Beer (1945), a curva carga x recalque é levada a um gráfico log-log e para maiores valores de

carga, os pontos tendem a cair sobre duas retas cuja interseção definiria a carga de ruptura.

No último grupo estão: método de Chin (1978), método de Van der Veen (1953) e

o método de Mazurkiewiez (1972). No método de Chin (1978), é considerado que, nas

proximidades da ruptura, a curva carga x recalque seja hiperbólica; o valor s/Q, é plotado em

gráfico em função do recalque s; determina-se o coeficiente angular do trecho que resulta reto,

sendo o inverso deste valor a carga de ruptura. O método descrito está ilustrado na Figura 12.

33

Figura 12 – Método de Chin (1978)

Fonte: Hachich et al., 1998

No método de Mazurkiewiez (1972), considera-se a curva como parabólica; a

curva é dividida em partes que correspondem a recalques iguais; pelos pontos assim obtidos

são traçadas retas verticais e, onde estas interceptam o eixo das cargas, são traçadas retas a

45° com a horizontal, até interceptarem as verticais correspondentes aos pontos seguintes e

por estes traça-se a reta resultante, cuja interseção com o eixo das abscissas fornece a carga de

ruptura.

Finalmente, no método de Van der Veen (1953), a carga de ruptura é achada por

tentativas. Determina-se a carga de ruptura última por tentativas; partindo de um valor de

carga Qu qualquer adotado, calculam-se os valores correspondentes de ln (1-Q/Qu) e estes

valores são plotados em um gráfico em função do recalque s; quando resultar um gráfico reto,

o valor adotado de Qu que o originou, corresponde à carga de ruptura. A expressão que define

34

a curva carga x recalque proposta por Van der Veen (1953) foi generalizada por Aoki (1986),

dando origem ao método de Van der Veen generalizado:

(14)

Em que p e s são as coordenadas dos pontos da curva pressão x recalque, pk é a

pressão de ruptura a determinar, a é um coeficiente que depende da estaca e natureza do solo

e define a forma da curva e b é o ponto de interseção da reta procurada no método, com o eixo

das abscissas. Obtém-se a curva ajustada, arbitrando-se valores para s e calculando os valores

correspondentes para p.

Outro critério, recomendado por Vésic, é o da Norma Inglesa. Nesse critério, a

carga de ruptura é aquela que corresponde a um recalque igual a 10% do diâmetro da ponta da

estaca.

Comparações entre os métodos foram feitas por Fellenius (1980), Burin e Maffei

(1989), Moura (1997) e Sousa (2013).

A análise de Fellenius (1975) apontou valores extremos de Qu para as

metodologias de Davisson (1972) e Chin (1978), em relação às outras. Burin e Maffei (1989)

também obtiveram maior valor para o método de Chin.

Moura (1997) utilizou como base de comparação uma prova de carga em estaca

pré-moldada 30 x 30 cm, na qual houve ruptura convencional (com recalques consideráveis).

Em sua análise, observou que os métodos de Van der Veen (1953) e da Norma Inglesa

apresentaram valores bastante concordantes com o valor médio entre todas as metodologias,

enquanto o método de Chin apresentou valor consideravelmente elevado, como nas outras

comparações supracitadas. Moura (1997) concluiu ainda que é acertada a escolha do critério

de Van der Veen para extrapolação de capacidade de carga, em virtude de seus valores

médios convenientes em relação aos demais.

A Figura 13 apresenta uma comparação entre os valores de capacidade (Qu),

estimados por diferentes autores, metodologias, perfil estratigráfico e carregamento.

35

Figura 13 – Comparativos entre as metodologias de previsão de carga de ruptura

Fonte: Moura (1997)

Mesmo com essa variedade de métodos, a condição ideal é levar qualquer prova

de carga até à ruptura física ou até à ocorrência de recalques suficientemente elevados que

caracterizam a ruptura convencional.

2.1.3 Ensaio de Carregamento Dinâmico

A resposta do sistema solo- estaca à cravação pode ser interpretada para fornecer

uma previsão da sua capacidade de carga estática. A monitoração da cravação é feita por meio

de um ensaio em que se aplica um carregamento dinâmico axial com o objetivo de obter uma

avaliação de sua capacidade de carga, com a utilização de uma instrumentação adequada e da

aplicação da teoria de equação de onda. O ensaio é normatizado pela American Society for

Testing and Materials - ASTM, através da Norma D 4945/89 "Standard Method of High -

Strain Dynamic Testing of Piles. A norma brasileira, NBR-6122/2010, considera este ensaio

de carregamento dinâmico (NBR13208/2007) como uma das alternativas válidas para

avaliação da capacidade de carga, reconhecendo-se um suficiente acúmulo de experiência no

uso desta técnica; no entanto, estes métodos não devem ser utilizados isoladamente, não se

36

dispensando cálculos estáticos ou mesmo provas de carga estática. A Figura 14 apresenta um

sinal típico de PDA, resultante de uma prova de carga dinâmica.

Figura 14 – Sinal típico PDA

Fonte: Fonte: Velloso e Lopes, 2002.

Basicamente, a cravação de uma estaca pode ser analisada através de dois

modelos: o simplificado, do tipo representado pelo impacto de duas barras; e o segundo, mais

elaborado, onde a estaca é discretizada em modelo matemático de elementos de massas e

molas. Na cravação, a parte superior da estaca é comprimida e as partículas do material são

aceleradas. A onda de compressão se propaga com uma velocidade, que depende do meio.

Considerando-se uma determinada seção da estaca, num determinado intervalo Δt, a onda

atravessa um segmento Δx da estaca, intervalo no qual a partícula situada na frente da onda,

que tinha uma velocidade v = 0 (no instante t = t0,) terá sido acelerada até a velocidade v,

deslocando-se Δu da sua posição inicial. Aplicando-se o equilíbrio de forças atuantes nesta

seção da estaca e ainda considerando-se as leis básicas de Newton e de Hooke, é possível se

chegar à expressão diferencial, conhecida como Equação da Onda:

(15)

A solução geral desta equação diferencial parcial é dada por:

(16)

Esta solução representa duas ondas de deslocamento propagando-se em sentidos

opostos, ao longo do eixo da estaca com velocidade c, onde permanecem válidos os efeitos de

37

superposição. A partir desta solução, obtêm-se também as funções força F e velocidade v de

partícula, as quais mantêm uma relação de proporcionalidade, através de uma constante

denominada Impedância Z, do tipo:

(17)

Na instrumentação de uma estaca, os instrumentos só medem os valores totais de

força ou de velocidade. Por outro lado, as ondas ascendentes é que conduzem informações

dos efeitos externos e internos que provocam justamente estas reflexões. Arranjos entre

expressões matemáticas permitem identificar isoladamente as amplitudes das ondas

descendentes e ascendentes, através das equações abaixo:

(18)

(19)

Dependendo das condições da resistência na ponta, uma onda de compressão

incidente pode-se refletir na extremidade da estaca como uma onda de compressão ou de

tração, para os casos de alta resistência e baixa resistência, respectivamente. Em geral, cada

onda descendente, percorrendo uma distância dx, tem sua amplitude diminuída em

, onde RA(x) é um quinhão de resistência de atrito lateral na posição x, assim

como cada onda ascendente tem um incremento de mesmo valor. Desta forma, a influência do

solo começa a se manifestar no instante com a chegada das primeiras ondas de reflexão.

Assim, a resistência à penetração (RP) é dada por:

(20)

Em que t1 e t2 representam os instantes de impacto e de retorno da reflexão da

ponta; Ft1 e Ft2 representam as forças nos instantes t1 e t2; e vt1 e vt2 representam as forças nos

instantes t1 e t2.

Esta equação mostra que as resistências, de atrito lateral e de ponta, podem ser

determinadas através da medição adequada dos registros de força e velocidade total, em

qualquer ponto da estaca. Usualmente mede-se a deformação específica (que permite calcular

38

a força) e a aceleração (que se integrando, obtém-se a velocidade e deslocamentos). O registro

contínuo da força e velocidade num ponto da estaca junto ao topo resulta num par de curvas,

onde as mesmas se apresentam em função do tempo. Se não houvesse resistência do solo,

essas curvas se superporiam até certo ponto. Porém, as resistências causam ondas de

compressão, deslocando-se para cima, que aumentam a força na cabeça da estaca e diminuem

a velocidade.

Em 1964, um programa para realizar essas medições foi desenvolvido no atual

Case Western Reserve Institute, de acordo com Goble et al.(1980); donde resultou a técnica

de instrumentação mais utilizada em todo o mundo na atualidade, sobre a qual está baseado o

conceito da prova de carga dinâmica, no sentido mais amplo.

Para realizar a instrumentação dinâmica, é utilizado um conjunto básico de

instrumentos e equipamentos para a aquisição e tratamento de dados. Um dos esquemas mais

difundidos utiliza o Pile Driving Anayzer - PDA. De qualquer forma, a instrumentação básica

se constitui de transdutores de deformação específica e de acelerômetros, os quais permitem

obter, respectivamente, registros de força e velocidade. Estes instrumentos são fixados aos

pares numa seção da estaca, próxima do seu topo, em posições diametralmente opostas, a fim

de compensar os efeitos de momento fletor.

Os sinais enviados pelos instrumentos são processados pelo PDA, que pode

calcular vários parâmetros de interesse, sendo o principal a resistência à penetração da estaca

no solo através do método simplificado "CASE" ou similar. Estes sistemas permitem obter

ainda: força máxima do impacto; energia máxima do golpe; eficiência do sistema de cravação;

verificação de dano estrutural e sua posição; valores máximos de tensão, velocidade e

deslocamento; e avaliação da distribuição de resistência.

Dois métodos básicos são utilizados para estimativa das resistências dinâmicas e

estáticas na cravação de estacas: o método simplificado CASE, no qual a interpretação dos

resultados é feita durante a monitoração; e o método CAPWAP, onde a interpretação dos

resultados é feita posteriormente, por solução completa da Equação da Onda.

39

O método CASE é aplicado à medida que os golpes são deferidos, fornecendo

uma estimativa da capacidade de carga estática, em tempo real, dada pela soma do atrito

lateral e resistência de ponta através da fórmula:

(21)

A resistência à penetração, RT, é considerada como sendo igual à soma de duas

parcelas: uma estática, RS e outra dinâmica, RD. A resistência dinâmica é considerada

proporcional à velocidade da ponta da estaca, vp, da seguinte maneira:

(22)

Em que Jc é uma constante de amortecimento, que depende do tipo de solo, entre

outros fatores; E é o módulo de elasticidade e A é a área da seção transversal da estaca.

Se no instante t1 = 0 não houver ondas ascendentes provenientes de reflexões,

existe a proporcionalidade entre a força e velocidade de partícula; fazendo as devidas

substituições na equação 17, pode-se escrever:

(23)

A resistência estática, então, é obtida como diferença entre resistência total e a

dinâmica:

(24)

O método leva em conta a resistência atuando simultaneamente ao longo de toda a

estaca. Para estacas longas, que apresentam uma parcela significativa da resistência

proveniente do atrito lateral, este método de cálculo pode subestimar a capacidade de carga,

sendo necessária uma correção.

A Figura 15 apresenta o registro típico de força e velocidade versus impedância,

através do método CASE.

40

Figura 15 – Método CASE: registro típico de força e velocidade versus impedância de uma estaca.

Fonte: Velloso e Lopes, 2002.

O método Case Pile Wave Analysis Program - CAPWAP é o mais utilizado para

estimativa da capacidade de carga e distribuição de resistências ao longo da profundidade, a

partir dos dados de medições de força e aceleração. Em seu modelo, as forças de reação do

solo são passivas e expressas como uma função apenas do movimento da estaca. A reação do

solo é representada por componentes elastoplásticos e viscolineares.

Assim, o modelo do solo possui para cada ponto três incógnitas: a resistência

estática limite, a deformação elástica máxima (quake) e as constantes de amortecimento

(damping). A análise é iterativa, atribuindo-se valores para os parâmetros do solo e estaca, e a

mesma é prosseguida até a obtenção da suficiente concordância entre as curvas calculada e

medida e, nessa situação, os correspondentes parâmetros do modelo são considerados

representativos.

O programa CAPWAP sofreu desenvolvimentos e atualmente se denomina

CAPWAPC (modelo de solo contínuo).

A Figura 16 apresenta o ajuste de um sinal pelo método CAPWAP, no qual a

linha cheia equivale ao sinal medido, e a linha tracejada equivale à solução da equação da

onda.

41

Figura 16 – Sequência de ajuste de um sinal pelo método CAPWAP.

Fonte: Velloso e Lopes, 2002.

Quando da interpretação e análise dos resultados da instrumentação, surge um

questionamento sobre a correspondência das provas de carga dinâmicas com as provas de

carga estáticas. A literatura sobre esse ponto apresenta algumas correlações, mas existem

diferenças inegáveis entre os comportamentos dinâmicos e estáticos do solo; e a estimativa

das capacidades de carga e interpretação sofre influência de algumas variáveis como a energia

do martelo, o tempo de repouso e as variáveis adotadas.

A energia do martelo deve mobilizar toda a resistência disponível no sistema solo-

estaca, caso contrário subestima-se a resistência do solo. A resistência medida cresce com

energia aplicada até se atingir um determinado limite de resistência na interação solo-estaca,

por isso o ideal é aplicar golpes de martelo com energias crescentes para verificar a tendência

de saturação da resistência disponível no sistema solo-estaca.

Alguns solos apresentam relaxação ou recuperação das resistências medidas

durante a cravação; assim, há que se avaliar tal comportamento, através da realização de

recravações, para que a estimativa da capacidade de carga reflita as solicitações estáticas a

longo prazo. O tempo de repouso para essa recravação pode gerar recuperação da resistência

em alguns solos e este tem sido denominado na literatura como fator de set-up.

42

Parâmetros básicos, utilizados nas formulações para o cálculo das resistências

dinâmicas e estáticas, como a velocidade de propagação de onda e os coeficientes de

amortecimento ("damping") devem ser estimados no campo, quando não houver experiência

ou aferição anterior sobre o solo daquele local. Uma escolha inadequada pode acarretar

desvios nos resultados, mas estudos revelam que uma faixa de variação da ordem de 10%, é

perfeitamente plausível.

A capacidade de carga obtida através da instrumentação deve guardar uma

correlação satisfatória com resultados de provas de carga estáticas e esta exige alguns

cuidados, pois como a maioria das provas de carga estáticas raramente é levada à ruptura,

sendo necessária a aplicação de métodos de extrapolação para a definição das cargas de

ruptura. De acordo com os idealizadores da técnica de medições dinâmicas, o critério que

deve ser utilizado neste caso é o de Davisson (1972) e isto se justifica pelo fato de este critério

ter sido desenvolvido em conjunto com a análise de equação de onda, ajustado a provas de

carga rápidas, conforme Fellenius (1980).

A técnica de monitoração de cravação foi desenvolvida para estacas cravadas, pré-

moldadas de concreto ou de aço, entretanto ocorreram muitas tentativas em estender essa

técnica a estacas de concreto moldadas in situ, que depois de curadas, seriam submetidas a

golpes de um martelo; sendo a estaca Franki a primeira delas a se testada por este processo.

2.1.4 Uso da energia no controle executivo de estacas hélice contínua

O controle das escavações mecanizadas, em particular, das estacas escavadas,

realizado por meio da determinação da energia dispendida na execução da perfuração

constitui um elemento de controle tecnológico capaz de oferecer maior segurança e menor

risco às obras que as utilizam. É possível a partir do princípio universal da conservação de

energia quantificar a energia demandada durante a escavação de uma estaca e, a partir de

provas de cargas nota-se que a capacidade de carga das fundações de uma edificação é

diretamente proporcional à energia de instalação, desde que o processo de escavação esteja

sistematizado.

43

Tshua et al.(2010), por meio dos resultados dos ensaios de modelagem física em

centrífuga, verificou uma relação teórica entre torque de instalação durante a cravação e a

capacidade de carga a tração das estacas hélices executadas em solos arenosos, sinalizando

que existe uma relação entre o torque acumulado, a energia necessária para escavar uma

estaca hélice contínua e sua capacidade de carga. No entanto, o torque deve ser utilizado

como medida de controle somente se as velocidades angulares e de perfuração forem

controladas durante a escavação.

Segundo Silva (2011), durante a execução de uma estaca escavada, um

deslocamento da cota inicial da estaca (ci) para a cota final (cf) ao longo de uma trajetória

(Δxi) é imposto à ferramenta de escavação, por um sistema de forças variáveis (Fi). Portanto,

o trabalho (W) realizado para escavar uma estaca é definido pelo produto escalar destas duas

grandezas, Fi e Δxi dado por:

(25)

Analogamente, o trabalho realizado pelo atrito e pela adesão, presentes durante o

processo de escavação, que representam parcelas das forças não conservativas, ao longo deste

mesmo deslocamento, é dado por:

(26)

Considerando que o deslocamento pode ser descrito em função da energia, e que a

energia potencial depende basicamente da posição e configuração do sistema. Pode-se dizer

que para deslocar o trado de uma máquina hélice contínua, tem-se de realizar trabalho e,

consequentemente, será consumida uma energia para movimentá-lo de um ponto (y1) a outro

(y2). Logo, o trabalho realizado pela força gravitacional (Wg), quando o trado muda a sua

posição, em relação à superfície da Terra, é dado por:

(27)

Em que Fg é a força gravitacional ou peso, g é a aceleração da gravidade, m é a

massa do sistema e (y2 – y1) é a variação da posição.

44

O princípio de Hamilton, abordo por Aoki e Cintra (2000) – que parte do conceito

da energia conservativa, em que a energia não pode ser criada ou destruída, apenas

transformada – estabelece que a variação de energia cinética e potencial ocorrida dentro do

sistema, somada à variação do trabalho efetuado pelas forças não conservativas atuantes

durante qualquer intervalo de tempo (t1-t2) é igual a zero. Por outro lado, segundo Silva

(2011), a variação de energia interna (ΔK) do sistema pode ser medida através do trabalho

total externo realizado sobre o sistema, ou seja,

Wtotal = ΔK (28)

Assim, deduz-se que o princípio de Hamilton pode ser aplicado ao caso de

carregamento de qualquer sistema, em equilíbrio estático ou dinâmico e, particularmente, ao

sistema estaca–solo. Neste caso, é necessário medir o trabalho realizado por cada força

aplicada ao sistema e este é constituído por variáveis que dificilmente poderão ser isoladas.

Mas, partindo-se do conceito físico da conservação de energia, representado pela equação 22,

de que a variação de energia interna do sistema durante a escavação da estaca é igual ao

somatório do trabalho externo realizado pelas forças aplicadas ao sistema, pode-se quantificar

a energia ou o trabalho necessário para escavar a estaca.

A variação de energia térmica total do sistema ΔEst é igual à energia mecânica

aplicada ao sistema, isto é, ao trabalho realizado pelas forças externas aplicadas ao sistema

(WR). Assim:

ΔEst = WR (29)

Para quantificar o trabalho é necessário conhecer as forças externas que são

aplicadas ao sistema. A força tangencial é determinada a partir do torque aplicado ao

helicóide e do braço de alavanca. Conhecendo-se a velocidade angular e a velocidade de

perfuração, determina-se o percurso e consequentemente o trabalho realizado pela força

tangencial. O trabalho total realizado pelas forças externas é o somatório do trabalho realizado

pelas forças tangencial, gravitacional e força descendente, que é igual à energia mecânica

aplicada ao helicóide. Portanto, pode-se escrever:

(30)

45

Em que Fi é a força aplicada no helicóide; mhc é a massa do sistema de escavação;

r é o raio da estaca hélice; g é a aceleração da gravidade; zb é o comprimento da estaca, Fdi é a

força descendente e m é o numero de voltas do helicóide durante a escavação.

A partir desta equação, se pode estimar a energia necessária para escavar ou

instalar uma estaca. Definindo-se a força de impulsão vertical Nd como a soma da força

gravitacional e a força descendente, e integrando-se, é obtida a equação da energia de

instalação Es por unidade de volume Ωzi, dada por:

(31)

Em que v é a velocidade vertical do trado; ni é a velocidade angular; Mi é o torque

aplicado e Ω é a área de projeção plana do trado.

Silva e Camapum (2010) perceberam que o trabalho realizado em cada estaca

executada, por um conjunto máquina/operador, forma uma população, que se enquadra em

uma distribuição normal de probabilidade; e com isso desenvolveram o critério de aceitação

em função da média e do desvio padrão da população. A esta metodologia chamaram SCCAP

e busca minimizar o risco por meio de controle de energia durante o processo de escavação e

execução do estaqueamento. Camapum (2012) verificou ainda que a energia medida em cada

estaca é diretamente proporcional a sua capacidade de carga, viabilizando o controle através

daquela.

2.2 Estaca Tipo Raiz

2.2.1 Histórico

Na década de 1950, em Nápoles - Itália, o engenheiro e professor Fernando Lizzi

desenvolveu um processo inédito de execução de estacas injetadas, denominado de estaca

raiz. Lizzi patenteou a “Pali Radice”, um reticulado de estacas raiz, inclinadas em várias

direções, transformando um solo normal em um solo armado. Essa solução era fortemente

utilizada pela empresa italiana Fundedile para reforço de função como para novas fundações,

conforme LIZZI (1970).

46

Segundo Amann (2000), essa técnica ficou conhecida internacionalmente a partir

do X Convegno di Geotecnia, realizado em Bari na Itália em 1970. Nesse período as patentes

começaram a expirar, difundindo mundialmente essa tecnologia através de várias empresas, já

experimentando algumas alterações baseadas na mesma técnica de injeção.

Embora recente no Brasil, a partir de meados da década de 1970; tal técnica tem

sido bastante explorada nos últimos anos por empresas de fundações e é objeto de pesquisa

em todo o mundo, através de estudo sobre a técnica de execução e previsão do

comportamento desse tipo de estaca.

Segundo a NBR 6122/2010, “a estaca raiz é uma estaca armada e preenchida com

argamassa de cimento e areia, moldada in loco, executada através de perfuração rotativa ou

rotopercussiva, revestida integralmente no trecho em solo, por um conjunto de tubos

metálicos recuperáveis”.

A estaca raiz é do tipo escavada, em que se aplica injeção de ar comprimido no

topo, para moldar o fuste de argamassa de cimento, podendo ser executadas em diversos

ângulos, de zero a 90º. Como são armadas, podem trabalhar tanto a compressão quanto a

tração, desde que o fuste esteja devidamente armado.

Conforme dito anteriormente, as estacas raiz foram pensadas inicialmente para

reforço de fundações e melhoramento de solos; sendo posteriormente utilizadas como

fundações propriamente ditas e em outras aplicações, como será visto adiante.

Por se tratar de um processo diferenciado, esse tipo de estaca possibilita obter

algumas vantagens em relação aos demais processos, dependendo das condições locais e das

peculiaridades do solo em que será executada. As estacas raiz podem ser executadas na

vertical ou inclinadas, em locais com limitação de pé direito ou da área de trabalho, devido às

dimensões reduzidas do equipamento de perfuração.

A alta produtividade obtida e resistência a cargas de tração muito elevadas; a

possibilidade de atravessar uma diversidade grande de terreno inclusive, em muitos casos,

rocha, matacão, concreto armado e alvenaria; a ausência de vibração, de descompressão do

terreno e o baixo nível de poluição sonora são vantagens desta solução.

47

Por apresentar eficácia no desempenho como elemento de fundação, as estacas

raiz possuem grande aplicabilidade nas obras de geotecnia, tais como: reforço de fundações,

paredes de contenção para proteção de escavações, estabilização de encostas, fundação de

máquinas, fundação de estruturas “off-shore", fundações em locais próximos a construções

em estado precário ou com restrições de barulho, fundação em rocha, entre outros.

Conforme a FUNDESP (2012), através de equipamentos modernos é possível a

execução de estaca raiz com comprimentos elevados e o uso de carga de trabalho de até 2000

kN.

Segundo SODRÉ (1994), a utilização de estacas injetadas faz-se necessária,

principalmente, em grandes centros urbanos, nos quais se têm muitas restrições para

instalação de estacas, tais como locais de difícil acesso por equipamentos de grandes

dimensões, vibrações causadas pelo equipamento de instalação da estaca que possam causar

danos às construções vizinhas; restrições de barulho quando instaladas próximas a hospitais,

escolas, etc.

Por tais questões, o emprego de estacas injetadas se faz cada vez mais frequente, e

dentre as estacas injetadas, a estaca raiz é a que apresenta menor relação custo/carga. Isto

porque, é uma das estacas que necessitam de equipamentos mais simples, de execução

simplificada e, portanto, de mais fácil controle e rapidez na instalação, conforme CABRAL

(1986). A Figura17 ilustra um tipo de equipamento utilizado na execução de uma estaca raiz.

Figura 17 – Execução de estaca raiz

Fonte: Autor

48

2.2.2 Execução e Aplicações

O processo executivo das estacas raiz consta da locação, perfuração, introdução da

armadura, preenchimento com argamassa, remoção do revestimento em etapas e aplicação de

pressão de ar comprimido. A estaca deve ser localizada, através do gabarito da obra, devendo-

se evitar excentricidade e inclinações não previstas em projeto. Para tanto, utiliza-se o nível,

como mostrado na foto da Figura 18. As estacas podem ser executadas de maneira que a carga

dos pilares possa ser transferida para uma ou mais estacas (bloco), de acordo com o projeto. A

Figura 19 apresenta a foto da localização exata de uma estaca, antes da execução.

Figura 18 – Nivelamento do equipamento antes da escavação

Fonte: Autor Figura 19 – Locação da estaca na iminência da escavação

Fonte: Autor

49

A perfuração é realizada por equipamentos de rotação ou rotopercussão, com

circulação de água ou lama betonítica, em que os tubos de perfuração vão sendo acoplados

por rosca à medida que a perfuração avança; permitindo revestimento provisório (no caso de

areias fofas e argilas moles) para garantir a estabilidade do furo. Esse processo de perfuração

gera uma grande quantidade de lama, e o escoamento desta deve ser previsto anteriormente ao

início da perfuração.

A Figura 20 ilustra a escavação com a inserção simultânea de tubos de

revestimento, enquanto a Figura 21 apresenta a foto da escavação com utilização de broca,

para perfuração de camadas mais resistentes.

Figura 20 – Escavação de estaca raiz com tubos de revestimento.

Fonte: Autor Figura 21 – Escavação de estaca raiz com tubos de revestimento e broca.

Fonte: Autor

A colocação da armadura se dá após o alcance da cota de projeto na escavação.

Nessa etapa continua-se a injetar água sem avanço de perfuração, a fim de limpar o furo, e

instala-se então a armadura. Esta pode ser constante ou variável ao longo do fuste.

50

Geralmente possuem uma taxa de armadura maior do que as demais, pois seu processo

permite perfurações profundas em rochas ou solos moles. Em casos de pequeno diâmetro, as

barras podem ser dotadas de espaçadores. A Figura 22 apresenta a foto dessa etapa da

execução.

Em caso de estacas muito longas, pode-se usar duas armaduras com comprimento

igual à metade do comprimento da estaca, que são unidas por solda no momento da colocação

da segunda armadura, formando um só elemento, de comprimento igual ao da estaca,

deixando esta completamente armada.

Figura 22 – Colocação da armadura e uma estaca raiz.

Fonte: Autor

Na etapa de preparo e injeção da argamassa, esta é misturada, geralmente num

misturador de eixo vertical de alta turbulência, e transportada até a estaca através de uma

bomba, dando início ao processo de enchimento da estaca, que ocorre de forma submersa. A

densidade da argamassa é superior à da água, e por isso, à medida que se injeta argamassa

dentro do fuste, a água vai sendo expulsa. A norma NBR 6122/2010 estipula um consumo

mínimo de cimento de 600 kg/m3 para a confecção da argamassa.

Conforme ALONSO (1998), normalmente se utiliza um traço de 80 litros de areia

para 1 saco de 50 kgf de cimento e 20 a 25 litros de água, conferindo à argamassa uma

resistência característica elevada, superior a 20 MPa. O processo de injeção é interrompido

apenas quando a argamassa sai limpa sem sinais de contaminação e detritos.

51

Concluído o preenchimento da argamassa, um tampão metálico ligado a um

compressor é rosqueado na extremidade superior do revestimento, para aplicar golpes de ar

comprimido durante a extração do revestimento. À medida que os tubos vão sendo extraídos,

o nível da argamassa vai diminuindo, devendo ser completado antes da aplicação de novo

golpes de ar comprimido.

Da Figura 23 à 26 apresenta-se uma sequência de fotos dessa etapa da execução,

composta pelo processo de mistura da argamassa, da injeção de argamassa, da aplicação de

golpes de ar e da retirada dos tubos de revestimento, respectivamente.

Figura 23 – Mistura de argamassa para moldar o fuste de uma estaca raiz.

Fonte: Autor Figura 24 – Preenchimento do fuste da estaca raiz com argamassa.

Fonte: Autor

52

Figura 25 – Equipamento para aplicação de golpes de ar comprimido

Fonte: Autor

Figura 26 – Extração dos tubos de revestimento de uma estaca raiz.

Fonte: Autor

2.2.3 Previsão da capacidade de carga empregand-se métodos semi-empíricos

Os métodos semi-empíricos utilizam uma correlação entre os ensaios de campo,

geralmente desenvolvidos pelos ensaios de CPT e SPT para calcular diretamente a capacidade

de carga.

Os coeficientes envolvidos nas formulações são afetados por alguns fatores tais

como: procedimentos de ensaio, tipo de prova de carga, definição de carga de ruptura,

procedimentos construtivos e seus efeitos nas propriedades do solo. Segundo Milititsky &

Schnaid (1996), os resultados das correlações de natureza empírica acabam sendo

extrapolados, muitas vezes, de forma não apropriada.

53

Entre os métodos semi-empíricos para previsão de capacidade de carga serão

apresentados apenas os que podem ser utilizados para estacas cravadas e escavadas, e os

específicos para estacas raiz. São eles: Aoki e Velloso (1975), Lizzi (1982), Salioni (1985),

Cabral (1986) e Bransfond (1991).

Um resumo geral dos métodos encontra-se na Tabela 1:

Tabela 1 – Resumo dos métodos de semi-empíricos utilizados na previsão de capacidade de carga de estacas

Fonte: Autor

2.2.3.1 Método Aoki- Veloso (1975)

Segundo Aoki e Velloso (1975), a carga de ruptura da estaca é a soma das

parcelas laterais e de ponta. Dessa forma:

(32)

Em que:

Qf - Carga de ruptura

Qs - Carga resistida pelo atrito lateral na ruptura

Qp - Carga resistida pela ponta na ruptura

A carga de ruptura na ponta da estaca e dada pela seguinte expressão:

(33)

A carga de ruptura referente ao atrito lateral e dada pela seguinte expressão:

54

(34)

Em que:

Ap - Área da ponta da estaca;

K - Coeficiente função do tipo de solo, que relaciona o ensaio SPT com o CPT (Tabela 3);

U - Perímetro do fuste da estaca calculado com o diâmetro equivalente desta;

∆L - Comprimento unitário;

α - Coeficiente função do tipo de solo, que relaciona o ensaio SPT com o CPT (Tabela 3);

F1 e F2 – Fatores adimensionais (Tabela 2).

Tabela 2 – Valores de F1 e F2 em função do tipo de estaca

Fonte: Fonte: Aoki-Velloso (1975)

Tabela 3 – Valores de K e α em função do tipo de solo

Fonte: Aoki-Velloso (1975)

55

Método Aoki-Velloso, com contribuição de Monteiro (1997)

A formulação aqui é idêntica à do método Aoki Velloso, mas os valores para α, K,

F1 e F2 diferem dos valores utilizados naquele e foram estimados a partir da experiência do

autor na empresa estacas Franki.

A Tabela 9 apresenta os valores de α e K, enquanto a Tabela 10 apresenta os

valores de F1 e F2, ambas propostos por Monteiro (1997).

Tabela 4 – Valores de K e α em função do tipo de solo - Monteiro

Fonte: Aoki-Velloso (1997) Tabela 5 – Valores de F1 e F2 em função do tipo de estaca - Monteiro

Fonte: Aoki-Velloso (1997)

56

2.2.3.2 Método de Lizzi (1982)

A proposta de Lizzi despreza a resistência de ponta das estacas e atribui a resposta

ao carregamento aplicado ao atrito lateral. O autor propõe que a capacidade de carga ultima

das estacas raiz e dada por:

(35)

Em que:

d - Diâmetro nominal da estaca, isto e, o diâmetro de perfuração;

K - Coeficiente que representa a interação media entre a estaca e o solo, ou seja, a aderência solo-estaca, ou as tensões induzidas no solo pela estaca, ou a coesão do solo etc. (Tabela 4);

L- Comprimento da estaca;

I - Coeficiente adimensional de forma, que depende do diâmetro nominal da estaca (Tabela 5).

Tabela 6 – Valores de K em função das características do solo

Fonte:Lizzi (1982)

Tabela 7 – Valores de I, em função do diâmetro nominal da estaca

Fonte: Lizzi (1982)

2.2.3.3 Método de Salioni (1985)

As expressões propostas por Salioni não levam em consideração a resistência de

ponta das estacas, baseando-se exclusivamente na resistência lateral.

57

Para estacas injetadas sob baixa pressão em solos argilosos, a capacidade de carga

e dada por:

(36)

Em que:

d - Diâmetro nominal da estaca, isto é, o diâmetro de perfuração;

L - Comprimento da estaca;

σc - Resistencia a compressão simples (Tabela 6).

Para estacas injetadas sob baixa pressão em solos arenosos, a capacidade de carga e dada por:

(37)

Em que:

D - Diâmetro equivalente, considerando o volume utilizado para execução da estaca, 1,1. d < D < 1,5. D;

σ's - Tensão vertical efetiva ao longo do fuste;

φ` - Ângulo de atrito efetivo do solo.

Tabela 8 – Valores de resistência à compressão simples

Fonte: Salioni (1985)

2.2.3.4 Método de Cabral (1986)

Para o cálculo da carga ruptura, a formulação proposta por Cabral leva em conta

as parcelas de ponta e atrito lateral, ou seja:

(38)

Em que:

58

Qf - Carga de ruptura;

Qs - Carga resistida pelo atrito lateral na ruptura;

Qp - Carga resistida pela ponta na ruptura.

A parcela devido ao atrito lateral (Qs) é representada pela seguinte expressão:

(39)

Em que:

N - Número do SPT;


∆L - Comprimento unitário;

Em que, por sua vez:

P - Pressão de injeção em Kgf/cm³;

D – Diâmetro final ou equivalente da estaca em cm.

Já a parcela devido à resistência de ponta (Qp) é dada por:

(40)

Em que:

β1, β2 - Fatores de correção determinados em função do tipo de solo (Tabela 7);

N - Número do SPT;

Ap - Área da ponta da estaca.

59

Tabela 9 – Valores de β1 e β2 em função do tipo de solo

Fonte: Cabral (1986)

2.2.3.5 Método da Brasfond (1991)

Segundo publicação da empresa Brasfond (1991), a capacidade de carga pode ser

obtida de acordo com a seguinte expressão:

(41)

Em que:

α - Coeficiente que depende do tipo de solo onde se encontra a ponta da estaca (Tabela 8);

Np - Media dos valores de SPT determinados a um metro acima e a um metro abaixo da ponta da estaca. Os valores de SPT superiores a 40 devem ser adotados iguais a 40;

Ap - Área da ponta da estaca;

β - Índice de atrito lateral (Tabela 8);

Ns - Media dos valores de SPT medidos ao longo do fuste da estaca. Os valores de SPT superiores a 40 devem ser adotados iguais a 40;


∆L - Comprimento unitário.

60

Tabela 10 – Valores de α e β em função do tipo de solo – Brasfond

Fonte: Brasfond (1991)

Moura at. al (2012) analisaram os métodos semi-empíricos para o cálculo de

capacidade de carga de estacas raiz de pequeno e grande diâmetro em obras de Fortaleza,

comparando seus resultados com aqueles extrapolados por Van der Veen, a partir de provas

de carga estática. Dessa análise, os autores concluíram que para as estacas de pequeno

diâmetro, os métodos de Décourt e Quaresma, Cabral e Salioni tiveram resultados mais

concordantes, sendo este último o que mais se aproximou dos valores de referência. Para

estacas de grande diâmetro, o único método concordante foi o de Cabral, chegando à precisão

de 88%; e a discordância dos resultados pelo método de Salioni deveu-se ao fato de o método

desconsiderar a resistência de ponta.

2.2.4 Estado da arte para verificação do desempenho de estacas raiz

Nogueira (2004) analisou o comportamento de estacas tipo raiz (φ = 0,40 m e L =

12 m), submetidas a esforços de compressão por meio da realização de provas de carga à

compressão (lentas), executadas em solo de diabásio não saturado, e observou que, na ruptura,

em média 96,8% da carga aplicada no topo das estacas foi transferida para o fuste. Na

pesquisa, o autor comprovou a aplicabilidade conceitual das Leis de Cambefort, uma vez que

foram necessários pequenos deslocamentos, entre 2 a 5 mm, para a plena mobilização do

atrito lateral, sendo que para a ponta, até onde foi possível observar, maiores deslocamentos

fizeram-se necessários.

Nogueira concluiu que “os métodos de estimativa de capacidade de carga semi-

empíricos, os quais se propõem ao cálculo da carga de ponta para estacas raízes deveriam ser

repensados, pois resultam em percentuais de ponta várias vezes superiores ao observado, para

61

o caso do subsolo em estudo.” O autor destacou o método de Lizzi (1982), quando da

comparação com as provas de carga, porém sugere um aprimoramento do mesmo no tocante

ao estudo para maiores diâmetros de fuste e para vários outros tipos de solos.

Melo (2009) analisou provas de carga à luz do Conceito de Rigidez – método

proposto por Décourt (1996, 2008), que oferece informações de resistência de ponta e atrito

lateral, além da carga de ruptura em provas de carga comuns, ou seja, sem instrumentação – a

partir da interpretação de resultados, levantados em estacas do tipo raiz. A autora obteve

valores satisfatórios de carga de ruptura convencional em provas de carga levadas a grandes

deslocamentos e algumas restrições em provas de carga interrompidas prematuramente.

Melo (2009) concluiu que, de modo geral, para as cargas de ruptura estimadas, em

provas de carga interrompidas a cargas acima de 80% da carga máxima, nenhuma das análises

(gráfica, estatística) indicou diferenças significativas, nem limitações à aplicação do método

entre tipos de estacas, nem entre os campos experimentais; e que o método demonstrou-se

adequado às propostas de determinação da carga limite, à separação aproximada entre a carga

de ponta e o atrito lateral, à avaliação da qualidade da prova de carga e ao depurar dados de

ensaios.

Garcia et al. (2012) analisa o comportamento de estacas raiz, as quais foram

submetidas a provas de carga com carregamento lento e confronta os resultados com aqueles

obtidos por meio de modelagem numérica tridimensional pelo método dos elementos finitos,

o qual permite simular o comportamento elasto-plástico do solo, cujos parâmetros geotécnicos

foram determinados por meio de correlações obtidas a partir de ensaios de campo. Nesse

sentido, verificam, através das análises realizadas e pelo modelo de transferência de carga,

que seus comprimentos poderiam ser reduzidos, possibilitando otimizar o projeto geotécnico.

Os autores concluem que a distribuição da carga como uma função da

profundidade gerada usando as análises numéricas foi significativamente afetada pela porção

da estaca incorporado em materiais de elevada rigidez (formações rochosas), devido a sua

dissipação depende da coesão (c) e rigidez (E) e que a porção resistida pela ponta é próxima

de zero para as estacas em materiais com características de rocha (i.e., alta rigidez). Concluem

ainda que os recalques medidos usando os testes de carga e modelagem numérica foram

diretamente influenciados pela incorporação em rocha e que o substrato rochoso tem mais

62

influência como um elemento de suporte para as camadas superiores e induz mais absorvência

da carga aplicada.

Atualmente o controle executivo de estacas raiz durante o seu processo executivo

é realizado observando as seguintes variáveis: consumo de sacos de cimento, número de

golpes de ar comprimido, comparação do solo resultante da escavação com o resultado de

sondagem, através de análise tátil-visual, tempo de escavação, tempo de colocação da

armadura e tempo de injeção. A experiência parece ser um fator determinante neste caso.

Supõe-se então, que a viabilidade de monitorar alguns parâmetros relacionados

com a resistência do solo durante a escavação, poderia sim, ser uma ferramenta de controle ou

até mesmo ser empregada na previsão de capacidade de carga. Esse monitoramento constitui-

se um desafio por sua complexidade e pelos fatores externos envolvidos, como a percepção e

atuação do operador, a falta de dispositivos de monitoramento para o equipamento utilizado

na execução da estaca, e até mesmo a “lama” produzida na etapa de escavação.

Após a execução, o controle se dá por ensaios de campo, a fim de verificação de

desempenho e integridade do elemento estrutural.

Para verificação de desempenho destacam-se os ensaios de carregamento de

dinâmico e os ensaios de carregamento estático ou prova de carga estática, detalhados

anteriormente.

Para verificação da integridade, utiliza-se o ensaio de integridade sônica, o Cross-

Hole ou Cross Hole Sonic Logging – CSL, cujo objetivo é verificar a qualidade da

concretagem do fuste, através da emissão e recepção de pulsos de ultra-som.

Para determinar a variação das características do concreto ao longo do fuste da

estaca, realiza-se o ensaio de integridade propriamente dito, o qual consiste na fixação de

acelerômetro de alta sensibilidade no topo da estaca, por meio de material viscoso, como cera

de petróleo, e na aplicação de sucessivos golpes com um martelo de mão.

Conforme Gonçalves et al. (1996), o sinal obtido pelo acelerômetro é digitalizado

através de um microcomputador e posteriormente integrado para obtenção da velocidade. Este

63

ensaio pode se utilizar de equipamentos como Pile Integrity Tester - PIT, que é o mais usual,

PET Pile Echo Tester - PET ou Sonic Integrity Tester - SIT.

64

3. MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Metodologia

A metodologia proposta para a elaboração da presente pesquisa teve como base a

realização das seguintes etapas:

Revisão bibliográfica;

Escolha do local da pesquisa;

Coleta de dados;

Previsão de capacidade das estacas instaladas;

Monitoramento da execução das estacas;

Acompanhamento da execução de ensaio de prova de carga estática;

Análise dos resultados;

Conclusões.

Os locais que foram escolhidos para a realização da pesquisa foram definidos

segundo o critério de demanda de obras com soluções de fundações em estacas raiz, que onde

posteriormente se fizessem os ensaios de prova de carga estática.

A coleta de dados se fez necessária tanto para conhecer o perfil estratigráfico dos

locais de estudo, como para fomentar a base de dados utilizada na previsão da capacidade de

carga das estacas monitoradas.

Na etapa de monitoramento, foram acompanhadas 17 (dezessete) estacas, mas a

pesquisa concentrou-se em 03 (três) delas, obedecendo a critérios pré-estabelecidos. Nesta

etapa, observaram-se algumas variáveis envolvidas no processo de execução da estaca raiz,

considerando o sistema operador-equipamento-solo.

O conjunto operador-máquina se manteve fixo em cada obra. Esse procedimento é

importante e colabora para uma interpretação mais adequada dos resultados do

monitoramento, uma vez que, neste caso, há uma variável a menos no processo, quando da

observação e enumeração dos componentes físicos e humanos envolvidos.

65

3.2 Locais da área de estudo

Foram selecionados 02 (dois) locais, a saber, Obra 1 e Obra 2, em Fortaleza, CE.

Em ambas as obras, têm-se fundações para edifício residencial, executadas por uma empresa

local. A Obra 1 está localizada à Rua Armando Dallóllio, no Bairro Guararapes. Uma vista da

localização dessa área de estudo é apresentada na Figura 27.

Figura 27 – Mapa de Localização da Obra 1

Fonte: Google Maps

A Obra 2 está localizada num terreno entre as Ruas Justino Café Neto, Francisco

Farias Filho e Mariinha Holanda, no Bairro Cocó.

A Figura 28 apresenta uma vista da localização dessa área de estudo.

Figura 28 – Mapa de Localização da obra 2

Fonte: Google Maps

Na obra 1, foi acompanhada uma estaca raiz que, conforme projeto de fundações,

apresenta as seguintes características:

Diâmetro de 350 mm;

Comprimento de 12,0 m;

Pressão de injeção da argamassa no valor de 300 kPa;

Carga de trabalho igual a 800 kN.

66

Vale observar que a escavação foi complementada com quadricone, conforme

pode ser visto na Figura 29; e nesta obra, o equipamento de execução das estacas é uma CZM

MC140.

Na Obra 2, foram acompanhadas duas estacas raiz que, conforme projeto de

fundações, apresentam as seguintes características:

Diâmetro de 410 mm;

Comprimento de 12,00 m e de 16,00 m;

Pressão de injeção da argamassa no valor de 300 kPa;

Carga de trabalho igual a 1200 kN.

Vale observar que a escavação foi complementada com broca 1000, conforme

pode ser visto na Figura 30 e nesta obra, o equipamento de execução das estacas é uma CZM

CR140

Figura 29 – Quadricone

Fonte: Autor Figura 30 – Broca 1000

Fonte: Autor

67

Da Figura 31 à Figura 32 tem-se a apresentação da locação das estacas executadas

em cada obra, de acordo com seu respectivo projeto de fundações.

Figura 31 – Localização da estaca monitorada na Obra 1

Fonte: ROCHABRASIL, 2012 – Relatório de Sondagem Figura 32 – Localização das estacas monitoradas na Obra 2

Fonte: TECNORD, 2012 – Relatório de Sondagem

3.3 Coleta de dados

Foram coletadas, junto à empresa executora das fundações, as sondagens SPT e

os resultados das provas de carga que foram acompanhadas na etapa de monitoramento de

68

execução das estacas raiz. Tais dados foram posteriormente utilizados na previsão da

capacidade de carga.

Uma breve descrição dos perfis de sondagens e do perfil estratigráfico é

apresentada nesta seção, bem como um comparativo entre os dados de sondagem coletados.

Referentes à Obra 1, foram coletadas 4 sondagens a percussão, relativas a 4

furos distribuídos no terreno.

Das Figuras 33 à 36 tem-se a apresentação dos perfis de sondagem e seus

respectivos perfis estratigráficos; enquanto a Figura 37 apresenta um resumo das sondagens

da obra 1 e a Figura 38 apresenta o resumo das sondagens da Obra 2.

Figura 33 – Gráfico do índice de resistência (NSPT) e perfil estratigráfico do SPT01 da Obra 1

Fonte: Autor

69

Observando a Figura 33, pode-se notar que o NSPT variou de 2 a 43, alcançando

o valor máximo aos 13,0 m e o impenetrável aos 18,02 m. A estratigrafia é composta por

diferentes materiais: areia siltosa, areia argilosa, silte arenoso e argila arenosa, sendo a

camada de silte a mais espessa. O nível da água foi identificado à profundidade de 7,63 m.

Figura 34 – Gráfico do índice de resistência (NSPT) e perfil estratigráfico do SPT 02 da Obra 1

Fonte: Autor

De acordo com o perfil de sondagem da Figura 34, o NSPT variou de 2 a 31,

alcançando o valor máximo aos 15,0 m e o impenetrável aos 16,15 m. A estratigrafia é

70

composta pelos seguintes materiais: areia, areia argilosa, argila arenosa, e argila com

pedregulhos, sendo a camada de argila arenosa a mais espessa. O nível da água foi

identificado à profundidade de 6,70 m.


Fonte: Autor

71

Conforme o perfil de sondagem da Figura 35, o NSPT variou de 2 a 43,

alcançando o valor máximo aos 16,0 m e a partir daí o solo apresentou-se impenetrável. A

estratigrafia é composta pelos seguintes materiais: areia, argila arenosa, areia argilosa, argila

com pedregulhos e argila com pedregulhos, sendo a camada de areia argilosa a mais espessa.

O nível da água foi identificado à profundidade de 6,76 m.


Fonte: Autor

Observando o perfil de sondagem da Figura 36, o NSPT variou de 2 a 42,

alcançando o valor máximo aos 19,0 m e o impenetrável aos 22,37 m. A estratigrafia é

composta pelos seguintes materiais: areia siltosa, areia argilosa, argila silto-arenosa com

pedregulhos, argila com pedregulhos e argila arenosa, sendo esta a camada mais espessa. O

nível da água foi identificado à profundidade de 6,74 m.

72

Figura 37 – Resumo do índice de resistência (NSPT) da Obra 1

Fonte: Autor

De acordo com o perfil de sondagem da Figura 37, percebe-se que o solo

apresenta uma leve variação do índice de resistência até os 4,0 m; ocorrendo a partir daí, um

aumento desta variação até 8,0 m e tornando-se leve até 12,0m. Após essa profundidade, há

uma elevação no índice de resistência seguido de pequeno decréscimo antes de alcançar o

impenetrável.

73

Figura 38 – Resumo do índice de resistência (NSPT) da Obra 2

Fonte: Autor

Conforme a Figura 38, os perfis de sondagem são semelhantes até a

profundidade de 7,0m. A partir daí o solo apresenta uma grande variação no índice de

resistência, com NSPT entre 6 a 66. Foram destacados dois furos de sondagem, a saber, SPT 02

e SPT 06, por serem os furos mais próximos das estacas monitoradas.

74

As Figuras 39 e 40 apresentam os gráficos das sondagens destacadas na Figura

38 e seus respectivos perfis estratigráficos.


Fonte: Autor

Conforme o perfil de sondagem apresentado na Figura 39, o NSPT variou de 4 a

63, alcançando o valor máximo aos 22,0 m; e o impenetrável aos 23,10 m. A estratigrafia

é composta por camadas de areia, silte argiloso e argila arenosa, sendo esta camada a

mais espessa. O nível da água foi identificado à profundidade de 4,0 m.

75


Fonte: Autor

De acordo com o perfil de sondagem apresentado na Figura 40, o NSPT variou de

4 a 65, alcançando o valor máximo aos 11,0 m; e a partir daí o impenetrável. A

estratigrafia é composta por camadas de areia pouco siltosa, silte argiloso e silte argiloso

com pedregulhos, sendo a camada de areia pouco siltosa a mais espessa. O nível da água

foi identificado à profundidade de 3,85 m.

76

Em todos os perfis de sondagem, acredita-se que o termo impenetrável esteja

associado o nível de paralização das sondagens, e não propriamente à camada de solo

impenetrável.

3.4 Monitoramento

O monitoramento consistiu no controle de execução e nas medições, durante a

execução das estacas, de algumas variáveis preliminarmente escolhidas.

Dessa forma, para o controle de execução das estacas, foram observadas as

seguintes variáveis:

Tempo de execução;

Pressão de injeção de ar;

Número de golpes de ar;

Consumo de cimento.

Já as variáveis medidas durante a execução da estaca foram os seguintes:

Velocidade angular média e velocidade angular máxima do rotator da perfuratriz;

Tempo decorrido na penetração do quadricone ou da broca de perfuração em comprimentos de escavação pré-fixados;

Comprimentos de escavação (penetração) em intervalos de tempo regularmente estipulados;

Distância linear equivalente percorrida pelo rotator da perfuratriz, no intervalo de tempo medido.

As medições foram realizadas por meio de velocímetro digital, posicionado no

rotator do equipamento utilizado na execução da estaca. O aparelho fornece uma visualização

em tempo real da velocidade atual, distância percorrida e tempo atual, além de uma fácil

visualização da velocidade máxima, velocidade média, tempo total, distância total e rotações

por minuto do rotator.

O dispositivo utilizado é composto por três partes:

77

(a) Imã;

(b) Sensor;

(c) Ciclocomputador.

As partes (a), (b) e (c) do dispositivo foram fixadas nas partes 1, 2 e 3 da

máquina perfuratriz, respectivamente, conforme está apresentado na Figura 41.

Figura 41 – Localização das partes do dispositivo durante o monitoramento

Fonte: Autor

A cada giro do rotator, o ímã nele fixado se aproximava do sensor, preso à

mangueira da máquina, que por sua vez, enviava os dados para o computador, e as

informações por ele processadas eram disponibilizadas no visor do relógio. O computador foi

anteriormente programado com base no diâmetro do rotator, e os valores obtidos foram

convertidos proporcionalmente, com base no diâmetro da broca ou do quadricone utilizado na

escavação.

A partir das variáveis monitoradas durante a execução das estacas analisadas,

foram calculadas, utilizando relações da Física Clássica elementar, as seguintes variáveis:

Frequência de giro do rotator;

Frequência de giro do quadricone ou broca de perfuração;

Velocidade de avanço do quadricone ou da broca de perfuração.

78

3.5 Ensaio de Prova de Carga

As estacas monitoradas foram posteriormente submetidas à prova de carga lenta,

de acordo com a NBR 12131/2006. O carregamento das estacas ensaiadas foi realizado em 10

(dez) estágios de carga correspondente, cada um, a 20% da carga de trabalho da mesma. Após

a aplicação da carga de cada estágio a deformação foi lida imediatamente, seguindo-se de

leituras depois de decorridos dois, quatro, oito, quinze e trinta minutos. Quando as

deformações não se estabilizavam nesse período, fizeram-se leituras a cada hora a partir da

aplicação da carga até que as deformações estivessem estabilizadas.

Depois de concluído o carregamento, a carga máxima foi mantida por um

período mínimo de 12 (doze) horas. Após este período teve início o descarregamento, que foi

feito em 05 (cinco) estágios. As leituras das deformações foram feitas com intervalos de

tempo iguais aos do carregamento até que fosse atingido o décimo quinto minuto e houvesse

estabilidade das deformações.

A aplicação de carga na estaca foi feita por intermédio de um conjunto de bomba

e macaco hidráulico, com capacidade para 400,0 toneladas. Este dispositivo atuou contra um

sistema de reação estável ancorado em quatro estacas pertencentes ao mesmo bloco de

fundação, com características idênticas à estaca ensaiada. Cada um destes elementos de tração

foi equipado com 01 barra de Aço INCO 35 D Ø 40 mm, com 6,00 m de comprimento. Foram

utilizados para medição 01 (um) manômetro e 04 (quatro) relógios comparadores.

Após realização do ensaio, foram traçadas as respectivas curvas carga-recalque e

estas foram utilizadas para estimar a capacidade de carga, através do método de Van der Veen

(1953). O referido método extrapola a curva carga x recalque para níveis de carregamento que

não foram ensaiados e considera que a curva carga versus recalque pode ser ajustada a uma

curva com formulação conhecida, sendo neste caso uma formulação exponencial.

No método Van der Veen adota-se um valor para carga de ruptura Qu e traçasse

um gráfico com os valores de ln (1-Q/Qu) para carga de estágio da prova de carga em função

dos recalques correspondentes. Se o gráfico resultante for uma reta, o valor de Qu adotado é

correto, caso contrário, outro valor de Qu é adotado e recomeça-se o processo, é um processo

iterativo até conseguir uma reta, a qual corresponde a carga de ruptura. Este método é o mais

difundido que utiliza resultados de provas de carga para cálculo da estimativa da capacidade

79

de carga de estacas no meio técnico brasileiro. Estimou-se ainda a capacidade de carga da

estaca utilizando a Norma NBR 6122/10, que permite fazê-lo em provas de carga que não

apresentam ruptura nítida. Nesse método, a carga última pode ser estimada como aquela que

corresponde, na curva carga x recalque, ao recalque expresso pela equação 12:

A representação gráfica do método encontra-se na Figura 42.

Figura 42 – Carga última estimada pela NRB 6122/10

Fonte: NBR 6122/10

Os valores de capacidade de carga determinados a partir dos resultados das

provas de carga e a partir de métodos semi-empíricos foram comparados; e em seguida foi

estudada uma possível relação daqueles com os parâmetros obtidos no monitoramento.

80

4. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DE RESULTADOS

A apresentação dos resultados se dá em três etapas; primeiramente são

apresentados os resultados das previsões de capacidade de carga de três estacas empregando-

se métodos semi-empíricos; em seguida, são apresentados os resultados das provas de carga

estática e as estimativas da capacidade de carga feitas a partir dos resultados das provas de

carga. Por fim, são apresentados os resultados do monitoramento realizado nas mesmas

estacas que foram utilizadas para a realização das provas de carga.

4.1 Previsão da capacidade de carga por meio de formulações semi-empíricas

Foram efetuadas previsões de capacidade de carga de três estacas a partir dos

métodos propostos por: Aoki Velloso (1975), Lizzi (1982), Salione (1985), Cabral (1986),

Brasfond (1991) e Aoki Velloso - Monteiro (1997). Os resultados das previsões das

capacidades estão apresentados na Tabela 11.

Tabela 11 – Previsão da capacidade de carga através de métodos semi-empíricos

Fonte: Autor

Conforme apresentado na Tabela 11, a previsão da capacidade de carga da estaca

1 variou de 434,60 kN a 1314,76 kN. No entanto, com exceção do método de Lizzi (1982), as

estimativas para essa estaca apresentaram baixa variação com valor médio de 693,84 kN. Para

a estaca 2, as capacidades de carga prevista variaram de 2134,65 kN a 2697,14 kN, com

média igual a 2494,77 kN.

Vale ressaltar que, no caso da estaca 2, os valores previstos por todos os

métodos foram bastante próximos, sendo o método de Cabral (1986) o que apresentou o

menor valor. Para a estaca 3, a capacidade de carga variou amplamente de 1205,19 kN a

81

3688,88 kN, sendo que, semelhantemente ao ocorrido nas previsões para a estaca 2, o menor

valor previsto foi obtido a partir da utilização do método de Cabral (1986).

Das Figuras 43 à 45, são representadas graficamente os resultados das previsões

de capacidade de carga realizadas com emprego dos métodos semi-empíricos.

Figura 43 – Comparação das previsões da capacidade de carga da Estaca 1, a partir de métodos semi-empíricos

Fonte : Autor

Conforme se observa na Figura 43, o método que apresentou menor valor

estimado foi o método Brasfond (1991), com 434,60 kN. Já o método que apresentou a

previsão de capacidade de carga mais elevada foi o método de Lizzi (1982), ou seja, 1314,76

kN. Neste caso, foi o valor mais disperso em relação ao demais, que se mantiveram próximos.

82


Fonte: Autor

Conforme se observa na Figura 44, o método que apresentou a menor previsão

capacidade de carga foi o método Cabral (1986), com 2134,65 kN e o método que apresentou

o maior valor foi o método de Salione (1985), com previsão de 2697,14 kN, valor este,

praticamente coincidente ao valor previsto pelo método Aoki Velloso - Monteiro (1997).


Fonte: Autor

Conforme apresenta o gráfico da Figura 45, o método que apresentou menor

valor previsto foi o método de Cabral (1986), com previsão de 1205,19 kN. Já o método que

83

proporcionou a previsão de capacidade de carga mais elevada foi o método de Salione (1985),

com uma previsão no valor de 3688,80 kN, valor este bem próximo daquele encontrado a

partir do método de Brasfond (1991). Vale observar que estas duas previsões foram as que

mais se dispersaram em relação às demais. Das Figuras 46 à 48 são apresentadas as

distribuições da capacidade de carga ao longo da profundidade para as estacas 1, 2 e 3.

Figura 46 –Distribuição da capacidade de carga ao longo da profundidade para Estaca 1

Fonte: Autor

84

Figura 47 – Distribuição da capacidade de carga ao longo da profundidade para Estaca 2

Fonte: Autor

Os métodos de Lizzi (1982) e Salione (1985) apresentaram perfis gráficos

bastante variáveis, mostrando-se mais sensíveis às diferenças entre os perfis de solo e

dimensões das estacas.

85

Figura 48 – Distribuição da capacidade de carga ao longo da profundidade para a Estaca 3

Fonte: Autor

Os métodos de Cabral, Aoki Velloso e Aoki Velloso – Monteiro apresentaram

resultados semelhantes em termos ordem de grandeza de capacidade de carga para as três

estacas analisadas.

86

4.2 Previsão da capacidade de carga por meio de provas de carga estática

Das Figuras 49 à 51 têm-se a apresentação gráfica dos resultados das provas de

carga realizadas em cada uma das estacas ensaiadas, a saber, a sua curva carga-recalque.

Conforme se pode observar no gráfico da Figura 49, durante o ensaio de prova

de carga estática, a estaca 1 recebeu uma carga máxima de 1620 kN, aplicada em 9 estágios

de carregamento, alcançando um recalque máximo de 15,10 mm. Após o descarregamento,

obteve-se um recalque residual no valor de 10,10 mm.

Figura 49 – Resultado da prova de carga realizada na Estaca 1

Fonte: Autor

Uma particularidade do ensaio de prova de carga estática, realizado na estaca 1,

foi exatamente o número de estágios e a carga máxima aplicada. Neste caso, não foi aplicado

o décimo estágio para se chegar ao dobro da carga de trabalho, pois a estaca evidenciou

iminência de ruptura.

Pelo gráfico da Figura 50, durante o ensaio de prova de carga estática, a estaca 2

recebeu uma carga máxima de 2400 kN (dobro da carga de trabalho), aplicada em 10 estágios

de carregamento, alcançando um recalque máximo de 13,19 mm. Após o descarregamento,

obteve-se um recalque residual no valor de 3,54 mm.

87


Fonte: Autor

Conforme o gráfico da Figura 51, durante o ensaio de prova de carga estática, a

estaca 3 recebeu uma carga máxima de 2400 kN, aplicada em 10 estágios de carregamento,

alcançando um recalque máximo de 25,04 mm. Após o descarregamento, obteve-se um

recalque residual no valor de 18,28 mm.


Fonte: Autor

88

A partir dos resultados das provas de carga estática, através do método descrito

na norma NBR 6122/2010, foram determinadas as capacidades de carga para cada estaca. Os

resultados estão expostos entre as Figuras 52 e 54.

Figura 52 – Determinação da capacidade de carga da Estaca 1, a partir do método da NBR 6122/2010.

Fonte: Autor

Conforme pode ser observado na Figura 52, o ponto de interseção entre a reta

com equação definida pela norma e a curva experimental obtida na prova de carga, indica a

carga de ruptura da estaca 1 no valor de 1550 kN, valor este bem próximo da carga máxima

aplicada no ensaio, verificando-se assim, mais uma evidencia de iminente ruptura física

durante a realização do ensaio.


Fonte: Autor

89

Para a estaca 2, observa-se pelo gráfico da Figura 53, que a interseção entre a

reta com equação definida pela norma e a curva esperimental, coincidiu com o valor máximo

da prova de carga, ou seja 2400 kN.

Assim, pode-se perceber que a partir do método da norma NBR 6122/2010 o

fator de segurança com relação à ruptura convencional é de 2, já que a estaca foi submetida ao

dobro da carga de trabalho.


Fonte: Autor

Observando-se o gráfico da Figura 54 elaborado conforme o método descrito na

NBR 6122/2010, nota-se que a interseção entre as curvas experimental e estimada, indica uma

carga de ruptura de 2150 kN, cujo valor situa-se abaixo da carga máxima aplicada no ensaio.

O método da norma NBR 6122/2010 indica valores da carga de ruptura das

estacas ensaiadas considerando uma ruptura convencional. Tomando como base, para uma

previsão de carga de ruptura, uma ruptura física, aplicou-se ainda o consagrado método de

Van Der Veen (1953).

Os resultados estão apresentados graficamente entre as Figuras 55 e 57.

90

De acordo com o gráfico da Figura 55, o valor da carga de ruptura da estaca 1

foi estimado em 1626 kN. A definição da carga de ruptura foi realizada a partir da observação

da curva que mais se aproximou de uma reta, ou seja, para o qual o valor de R² mais se

aproxima de 1.

Vale observar que o valor aqui encontrado a partir de Van Der Veen (1953) é

bastante próximo do valor determinado a partir do método da norma, ou seja, a carga de

ruptura convencional e física foram praticamente coincidentes.

Figura 55 – Previsão da capacidade de carga da Estaca 1, a partir do método de Van Der Veen (1953)

Fonte: Autor

Conforme se observa no gráfico da Figura 56, o valor da capacidade de carga

(Qu) da estaca 2 foi estimado em 2900 kN. Vale comentar que o valor estimado a partir do

método de Van Der Veen (1953) foi 20,8% superior ao valor obtido por meio do método da

norma.

De acordo com o gráfico da Figura 57, pode-se notar que a carga de ruptura da

estaca 3 foi estimada, pelo método de Van Der Veen (1953), em 2430 kN. Novamente,

observa-se que a estimativa realizada pelo método de Van Der Veen (1953) superou em 13%

a determinação realizada pelo método da norma brasileira.

91

Figura 56 – Previsão da capacidade de carga da Estaca 2, a partir do método de Van Der Veen (1953)

Fonte: Autor Figura 57 – Previsão da capacidade de carga da Estaca 3, a partir do método de Van Der Veen (1953)

Fonte: Autor

A Tabela 12 resume os resultados até esta etapa da pesquisa.

92

Tabela 12 – Resumo geral da previsão de capacidade de carga

Fonte: Autor

A Figura 58 mostra esquematicamente comparações de valores de capacidade

de carga das três estacas, previstos por formulações semi-empíricas, pelo método de Van Der

Veen (1953) e pela norma NBR 6122/2010, sendo este último o escolhido como valor de

referência.

Figura 58 – Comparativo entre os valores de capacidade de carga estimados pelos métodos semi-empíricos, pelo método de Van Der Veen (1953) e pelo método da NBR 6122/2010.

Fonte: Autor

De acordo com o gráfico da Figura 58, pode-se observar que para a estaca 1, o

método que mais se aproximou do valor de referência, ou seja, do valor obtido pelo método

da norma, foi aquele estimado a partir do método de Lizzi. Com excessão do método de Lizzi

(1982), todos os outros apresentaram capacidade de carga abaixo de 50% daquela obtida na

norma.

93

Para a estaca 2, todos os métodos apresentaram valores concordantes com o

aquele obtido na norma, sendo os método de Brasfond (1991) o mais próximo do valor de

referência. Por fim, para a estaca 3, a capacidade de carga prevista pelo método de Lizzi

(1982) foi a mais concordante com a capacidade de carga obtida pela norma. Vale observar

que a estaca 3 foi aquela que mais apresentou discordância entre os valores previstos.

O método de Cabral (1986) apresentou valores inferiores à carga de ruptura de

referência, sendo o único método que não a superestimou, para nenhuma das três estacas,

estando assim, a favor da segurança. Além disso, seus valores ocuparam o terceiro resultado

mais próximo da norma em todos os casos.

4.3 Resultado do Monitoramento

Conforme relatado no Capítulo 3 do presente trabalho, as mesmas estacas que

foram ensaiadas na prova de carga, tiveram sua execução monitorada. Inicialmente foram

registradas as informações usualmente obtidas durante a execução de estacas raiz. Quais

sejam: comprimento executado da estaca, tempo de execução, pressão de injeção de ar,

número de golpes de ar aplicados, e consumo de cimento. Tais informações estão

apresentados na Tabela 13.

Tabela 13 – Informações registradas durante a execução das estacas raiz

Fonte: Autor

Dos dados contidos na Tabela 13, observa-se que a variável tempo de execução

das estacas 1 e 3, ambas com 12,0 m de comprimento, diferiu bastante, bem como a variável

consumo de cimento. Isso deve-se a dois principais fatores: paralisação da execução das

estacas para solucionar problemas mecânicos no equipamento, tal como rompimento da

mangueira condutora de argamassa, no caso da estaca 3; e diferenças entre os perfis de solo.

O tempo de execução da estaca 2 também foi elevado, devido à paralizações por motivos

diversos ocorridas na execução.

94

Além das informações constantes na Tabela 13, realizaram-se também

monitoramentos durante a execução das estacas. Os resultados do monitoramento estão

apresentados na Tabela 14.

Tabela 14 – Resumo dos monitoramentos realizados durante a execução das estacas

Fonte: Autor

De acordo com a Tabela 14, pode-se observar que para cada estaca foram

monitorados dois segmentos: um pequeno segmento que antecede o final da escavação (entre

15 e 30 cm) e um outro segmento de 20 cm de escavação, a fim de observar a evolução das

variáveis monitoradas, visando relacioná-las posteriormente com capacidade de carga.

Na escavação da estaca 1, observa-se um aumento da rotação mediante à

evolução da penetração, que ocorre devido ao esforço que a máquina perfuratriz aplicou ao

solo, superando a resistência oferecida pelo mesmo; de forma a gerar um esforço resultante

positivo, provocando na broca uma aceleração angular.

Em se tratando da escavação da estaca 2, o aumento da rotação mediante

diminuição da penetração evidencia que a resistencia de ponta administra o processo de

escavação, uma vez que o atrito lateral é menor, permitindo a elevação no número de

rotações, sem haver porém acréscimo de penetração.

Já para a escavação da estaca 3, maior no tempo de penetração é explicado pelo

elevado índice de resistência na ponta da perfuração. Enquanto isso, o número de rotações

diminuiu, pois o atrito lateral foi mobilizado totalmente durante o processo executivo, fato

este que não ocorreu na ponta. Assim, houve uma aceleração negativa, culminando na

redução da velocidade angular.

95

4.4 Análises dos resultados do monitoramento

Analisando os dados das variáveis monitoradas durante a execução das estacas,

pode-se descrever a tendência de cada uma delas em relação às demais, em termos de

proporcionalidade. Da Tabela 15 até a tabela 17 tem-se os resultados de uma avaliação desta

natureza. Nelas utilizou-se a sigla DP para representar o comportamento diretamente

proporcional e IP para o comportamento inversamente proporcional.

Tabela 15 – Tendências observadas nas variáveis monitoradas na estaca 1

Fonte: Autor

Na Tabela 15, para a estaca 1, observa-se que a variável velocidade de avanço é

a única inversamente proporcional às demais variáveis. Assim, todas as outras varáveis

relacionam-se em proporção direta.


Fonte: Autor

Na Tabela 16, observa-se que para a estaca 2, a variável penetração é

diretamente proporcional apenas às variáveis tempo e velocidade de avanço. A variável

tempo é inversamente propocional apenas às vaiáveis frequência e velocidade angular. Já a

variável rotação é também inversamente proporcional à velocidade de avanço Assim, todas as

outras varáveis relacionam-se em proporção direta.

Na Tabela 17, observa-se que, para a estaca 1, a variável velocidade de avanço é

a única variável inversamente proporcional às demais variáveis. Assim, todas as outras

varáveis relacionam-se em proporção direta.

96


Fonte: Autor

Na sequência da presente pesquisa, a capacidade de carga de cada uma das três

estacas estudadas foi relacionada com as variáveis do monitoramento de forma a buscar uma

expressão empírica que seja capaz de auxiliar o controle executivo das estacas raiz. Desta

forma, foram selecionadas duas variáveis: rotação e velocidade de avanço, uma vez que a

primeira está associada ao atrito lateral e a segunda à resistencia de ponta, conforme análises

prévias.

Dentre as seis variáveis do monitoramento, optou-se por selecionar aquelas

supracitadas por equivalerem a correlações entre as demais, ou serem componente base de

outras. A conveniência da escolha destas variáveis também se deu pela facilidade de sua

medição em campo, com base na metodologia aplicada (velocímetro digital).

O comportamento dessas variáveis foi observado e registrado, durante a

execução das estacas analisadas, nos 50 cm finais de escavação, o que possibilitou perceber,

que de fato há uma relação entre as mesmas e a capacidade de carga, quando das análises

numéricas realizadas para formular uma correlação coerente.

Além das variáveis rotação e velocidade de avanço, foram utilizadas na previsão

experimental da capacidade de carga, através de uma análise da distribuição de capacidade de

carga em função da profundidade as seguintes variáveis: índice de resistência na ponta (Nspt,

ponta), índice de resistência lateral médio (Nspt, lat), diâmetro da estaca (D), comprimento

unitário (∆l) e comprimento da estaca (L).

Vale salientar que a formulação que está sendo proposta no presente trabalho

tem por pretensão contribuir para o desevolvimento de uma formulação empírica simplificada

e aplicável, que possa ser utilizada no controle executivo de estaca raiz.

97

4.5 Desenvolvimento da proposta de método de controle executivo de estacas raiz

No desenvolvimento da formulação para o controle executivo de estaca raiz,

considerou-se que:

Qult = Ql + Qp (43)

Diversas combinações entre Qp, Ql e as variáveis descritas no item 4.4 foram

testadas, utilizando- os programas de computador Excel e Maple. Foi buscada uma previsão

da carga de ruptura das estacas 1, 2 e 3, tendo como referência o valor obtido no método da

norma NBR2122/2010 como uma função das variáveis monitoradas, segundo relações do tipo

polinomial, exponencial, logarítmica e combinação linear.

Dentre as diversas combinações testadas estão as seguintes:

Qult = 3πvNpL+7UrNlatL

Qult = re0,2Nlat

+ [– 5ln(vNp)]

Qult = 1000vL + rπDN/2

Qult = 10,98rNlal + 288vNp

Qult = 1000vNp1,7

+ 0,9rNlat1,5∆L/UL

As expressões supracitadas apresentaram picos elevadíssimos de carga para

elevados valores de NSPT ou apresentaram alguma anomalia, como valores negativos, por

exemplo, nos valores estimados de capacidade de carga. Por outro lado, estas análises foram

importantes para o melhor entendimento em termos de comportamento das variáveis e no

desenvolvimento da futura expressão proposta, uma vez que possibilitaram tratar os dados

obtidos no monitoramento por distintos aspectos.

A partir das análises realizadas foi possível assumir que a parcela relativa à

resistência de ponta, Qp deverá ser composta pelas variáveis área da ponta (Ap), velocidade

de avanço (va) e índice de resistência de ponta (N SPT,ponta); enquanto a parcela relativa ao

atrito lateral Ql deverá ser composta pelas seguintes variáveis: rotação (r), perímetro da

98

estaca (U = πD), comprimento unitário da estaca (∆L), comprimento total da estaca (L) e

índice de resistência lateral (NSPT,lat).

As constantes envolvidas na formulação foram determinadas por meio de

análises numéricas triviais, utilizando-se os programas Excel e Maple. De acordo com a

expressão em teste, sistemas de equações eram elaborados e, conforme a discussão e solução

do sistema, as constantes eram calculadas. Posteriormente, a solução encontrada nos sistemas

lineares foi submetida a um procedimento de ajuste, com base no método dos mínimos

quadrados, de forma que para as três estacas, o somátorio do quadrado da diferença dos

valores da capacidade de carga de referência e prevista apresentasse o menor valor.

Dessa forma, considerando que a capacidade de carga, Qult, seja dada pela

igualdade da equação 43, tem-se que a expressão 44, em que o coefienciente α é obtido

através da Tabela 18 em função do diâmetro da estaca, para parcela de ponta; e a expressão

45, para a parcela de atrito lateral.

(44)

(45)

Tabela 18 – Valores de α (método proposto)

Fonte: Autor

Os resultados da previsão da capacidade de carga, para as estacas 1, 2 e 3

utilizando-se a expressão proposta estão apresentados na Tabela 19.

Tabela 19 – Previsão de capacidade de carga pelo método experimental

Fonte: Autor

99

De acordo com a Tabela 19, observa-se que o erro percentual entre os valores

estimados e os valores de referência considerados foi de, no mínimo 0,2% e no máximo 12%.

Nas Figuras 59 à 61, apresenta-se ao longo da profundidade uma comparação

entre os valores de capacidade de carga, estimados pelo método da Norma, pelo método de

Lizzi (1982), pelo método de Cabral (1986) e pelo método proposto, para as estacas 1, 2 e 3.

A partir do gráfico da Figura 59, observa-se que os valores da capacidade de

carga da estaca 1, obtidos pelo Método de Lizzi (1982) e pelo método proposto são

praticamente coincidentes até a profundidade de 5 m.

As estimativas efetuadas pelo método proposto superaram os obtidos pelo

método de Lizzi (1982) somente a partir de estacas com 8 m de comprimento. Vale observar

ainda que, para o comprimento de 12 m, a estimativa de Qult que mais se aproximou do valor

de referência (obtido pela NBR 6122/2010) foi o valor previsto pelo método proposto. Os

valores obtidos por Cabral (1986) mativeram-se inferiores aos demais, ao longo de toda a

profundidade.

Para a estaca 2, de acordo com o gráfico da Figura 60, observa-se que os

resultados estimados pelo método de Cabral (1986) mantiveram-se na média da faixa de

variação, até a marca de 9 m, apresentando pico aos 11 m de comprimento.

Os valores obtidos pelo método proposto e por Lizzi (1982) tendem a

aproximar-se a partir dos 12 m de pronfundidade. Observa-se novamente, uma boa

concordância entre o valor de Qult estimado pelo método proposto e o valor de referência.

100

Figura 59 – Comparativo de valores da capacidade de carga para a estaca 1

Fonte: Autor


Fonte: Autor

Conforme o gráfico da Figura 61, observa-se certa proximidade dos resultados

obtidos pelo método proposto e pelo método de Lizzi (1982) até comprimento de 9 m. Os

valores da capacidade de carga obtidos para a estaca 3, pelo método de Cabral (1986),

mantiveram-se inferiores aos demais ao longo de toda a profundidade. O método que

proporcionou valores mais próximos do valor de referência, porém superior, foi aquele obtido

no método proposto.

101


Fonte: Autor

Uma comparação geral entre todas as previsões da capacidade de carga

abordados neste trabalho está apresentada graficamente da Figura 62 até a Figura 64.

102

Figura 62 – Comparativo geral da estaca 1

Fonte: Autor


Fonte: Autor

Com base nos gráficos da Figura 62 até a Figura 64, as estimativas de

capacidade de carga realizadas pelo método proposto mantiveram-se dentro da faixa de

variação obtida a partir dos métodos semi-empíricos, apresentando as seguintes tendências:

para a estaca 1, a curva obtida mateve-se na parte superior da faixa de variação das previsões,

enquanto para a estaca 2, os valores mantiveram-se na parte inferior da faixa de variação. Já

103

para a estaca 3, os resultados mantiveram-se na média, em relação aos resultados dos demais

métodos, exceto para os três últimos metros analisados.


Fonte: Autor

Os valores obtidos pelo método proposto apresentaram-se próximos do valor de

referência, sendo considerado coerente e satisfátório para prever a capacidade de carga de

estacas tipo raiz, utilizando-se de variáveis como o índice de resistência obtido na sondagem

104

SPT, diâmetro e comprimento da estaca, bem como das variaveis obtidas no monitoramento,

durante o processo executivo, a saber, rotação e velocidade de avanço.

Compreende-se, portanto, que existe a correlação entre a capacidade de carga e

as variáveis sugeridas. Vale ressaltar que com a proposta deste trabalho, pretende-se

principalmente aapresentar um proedimento simplicado de controle executivo de estacas raiz

para auxiliar na tomada de decisão de interromper ou não a execução dessas estacas.

Foram monitoras outras 14 estacas e para estas a verificação do método proposto

proporcionou estimativas próximas do limite (superior ou inferior) da faixa de variação da

capacidade de carga obtida pelos metodos semi-empíricos. As curvas dessas estacas

monitoradas estão apresentadas nos anexos e apara as mesmas, o método semi-empírico que

apresentou valor mais concordante com o uso da expressão proposta nesse trabalho foi o

método de Lizzi (1982).

105

5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES

De forma a faciliar o entendimento das conclusões, as mesmas foram

subdivididas.

Com relação ao tema abordado neste trabalho, pode-se concluir que:

A partir da escassa disponibilidade de referências atuais sobre o controle

executivo de estacas raiz, observa-se que o desenvolvimento de pesquisas

nesse tema ainda é notavelmente tímido;

Devido às características do equipamento utilizado na execução de estacas

raiz e o seu processo executivo, observa-se a dificuldade de monitoramento

durante o mesmo, através de dispositivos eletrônicos. Isso justifica porque

ainda hoje, a utilizaçao de prova de carga apresenta-se como o meio mais

difundido para verificação de desempenho.

Quanto à capacidade de carga das estacas ensaiadas, pode-se concluir que:

As previsões de capacidade de carga, por métodos semi-empíricos, das

estacas 1 e 3 apresentaram uma elevada variação, com valores de até 3

vezes em relação ao menor valor previsto, No entanto, para a estaca 2, a

variação foi de apenas 26%;

A partir dos resultados das provas de carga observa-se que o solo-estaca

apresentou fator de segurança igual a 2 para as estacas 2 e 3; e 1,8 para a

estaca 1;

Na prova de carga da estaca 1, foi observada iminência de ruptura física,

ao final da aplicação do último estágio de carga, do ensaio, enquanto na

prova de carga da estaca 3, foi observada a ocorrência de ruptura

convencional.

Na prova de carga da estaca 2, não foi observada ocorrência de ruptura,

sendo assim necessário estimar a sua carga de ruptura por meio do método

de Van Der Veen (1953).

106

Os resultados das provas de carga realizadas nas estacas foram

concordantes com a previsão média dos métodos semi-empíricos, exceto

para a estaca 1;

Quanto ao monitoramento, pode-se concluir que:

O controle das variáveis como tempo de execução das estacas, pressão de

injeção, e consumo de cimento fornecem informações bastante úteis com

relação à avaliação do desempenho dessas estacas raiz como elemento de

fundação;

Foi observada a necessidade de preservar o mesmo conjunto máquina-

operador durante o monitoramento realizado, de forma a minorar fatores

intervenientes adicionais que supostamente infuenciariam no processo

executivo;

As variáveis monitoradas foram particularmente úteis para as análises, de

forma que foi possível discutir as tendências da resistência de ponta e do

atrito lateral, durante a escavação das estacas;

Testar diferentes expressões foi importante para o melhor entendimento

em termos de comportamento das variáveis no desenvolvimento da futura

expressão proposta;

Os resultados obtidos pela expressão proposta foram concordantes com os

valores de referência, em termos de ordem de grandeza, para as estacas 1,

2 e 3. No entanto, para a estaca 3 o resultado mostrou-se moderadamente

superior ao valor de refência;

Foi verificado que há correlação entre a capacidade de carga e as variáveis

monitoradas;

Em comparação com os métodos semi-empíricos abordados neste trabalho,

as estimativas realizadas pela expressão proposta resultaram em valores

mais concordantes com o método de Lizzi;

Neste trabalho, foi possível estabelecer uma expressão semi-empírica que

configura-se como uma proposta que pode auxiliar no controle executivo

de estaca raiz.

107

Para futuros trabalhos, sugere-se:

Realizar o monitoramento das variáveis em todo o processo e não apenas

na faixa de paralização da escavação, obtendo assim valores mais

específicos e realistas ao longo da profundidade;

Monitorar novas estacas com prova de carga, executadas em perfis de

solos diferentes daqueles apresentados neste trabalho, a fim de obter novas

medidas e assim testar a aplicabilidade da expressão proposta;

Realizar análises estatísticas que confiram confiabilidades à proposta feita.

108

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115

APÊNDICES

APÊNDICE A: MONITORAMENTO DAS ESTACAS SEM PROVA DE CARGA

As estacas monitoradas estão divididas em quatro grupos, conforme a

proximidade do furo de sondagem:

SPT 01: E108 a E121

SPT 02: E132 e E136

SPT 03: E145 e E146

SPT 04: E85 e E86

Tabela A 1 – Resultados do monitoramento nas estacas sem prova de carga

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APÊNDICE B – PREVISÃO DE CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS SEM PROVA DE CARGA, POR MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS.

Figura B 1 – Previsão de Qult da Estaca 85

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