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RAFAEL LEITE GONALVES
ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE ESTACAS
APILOADAS EM SOLO COLAPSVEL DA REGIO DE LONDRINA/PR
____________________________________
Londrina 2006
RAFAEL LEITE GONALVES
ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE ESTACAS APILOADAS EM SOLO COLAPSVEL DA REGIO DE
LONDRINA/PR
Dissertao apresentada ao Curso de Ps-Graduao em Engenharia de Edificaes e Saneamento da Universidade Estadual de Londrina, como requisito parcial obteno do ttulo de Mestre.
Orientadora: Prof. Dr. Miriam Gonalves Miguel.
Londrina 2006
RAFAEL LEITE GONALVES
ESTUDO DO COMPORTAMENTO DE ESTACAS APILOADAS EM SOLO COLAPSVEL DA REGIO DE
LONDRINA/PR
Dissertao apresentada ao Curso de Ps-Graduao em Engenharia de Edificaes e Saneamento da Universidade Estadual de Londrina, como requisito parcial obteno do ttulo de Mestre.
COMISSO EXAMINADORA
_______________________________
Prof.a Dr.a Miriam Gonalves Miguel Universidade Estadual de Campinas
_______________________________ Prof. Dr. Antonio Belincanta
Universidade Estadual de Maring
_______________________________ Prof. Dr. Cludio Vidrih Ferreira
Universidade Estadual Paulista Unesp Bauru
Londrina, __ de ___________ de 2006
Dedico este trabalho
aos meus pais, Sandra e Joel, pelo amor, compreenso,
estmulo e patrocnio;
minha irm Carolina, pela ajuda e carinho;
minha namorada Monique, pelo amor e incentivo;
aos meus parentes e amigos pelo grande apoio.
AGRADECIMENTOS
Prof. Dr. Miriam Gonalves Miguel, pela orientao competente demonstrada ao
longo do trabalho, pela confiana em mim depositada, pelo estmulo e compreenso
nas horas mais difceis.
Ao Centro de Tecnologia e Urbanismo (CTU) da UEL, pela infra-estrutura e
laboratrios disponveis para a realizao de ensaios.
prefeitura do Campus Universitrio, pelo fornecimento dos materiais e funcionrios
para execuo dos ensaios.
Universidade Estadual de Maring (UEM) e Universidade de So Paulo/ Campus
So Carlos, pelo emprstimo de diversos equipamentos utilizados para a realizao
das provas de carga para este trabalho.
s empresas patrocinadoras do projeto: BASESTAC Engenharia de Fundaes e
Estaqueamento Ltda, Cia de Cimento ITAMB, Construtora CONSTRUBLOCK Ltda,
Ferro e Ao BERTIN Ltda, Pedreira URBALON Ltda, Protendidos DYWIDAG, pelo
apoio financeiro e incentivo s pesquisas.
Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior (CAPES) e ao
Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico (CNPq), pelo
auxlio financeiro dispensado a essa pesquisa.
A todos, professores, funcionrios, alunos e amigos que colaboraram para a
realizao deste trabalho.
GONALVES, Rafael Leite. Estudo do comportamento de estacas apiloadas em solo colapsvel da regio de Londrina/Pr. 2006. Dissertao (Mestrado em Engenharia de Edificaes e Saneamento) Universidade Estadual de Londrina
RESUMO
O solo superficial da regio de Londrina/PR se caracteriza por uma argila siltosa, de consistncia mole mdia, latertica e colapsvel. Os solos colapsveis caracterizam-se por apresentarem, quando em sua umidade natural, estrutura com partculas ligadas por vnculos atribudos suco e s substncias cimentantes. Esta estrutura porosa e instvel confere ao solo uma resistncia adicional que pode ser quebrada por agentes externos, em geral, a gua. Quando inundados e submetidos a um carregamento, os solos colapsveis sofrem um movimento relativo entre as partculas, gerando reduo do seu volume, o que pode levar a runa um elemento de fundao. Em obras de pequeno e mdio porte da regio, comum a execuo de fundaes por estacas de pequeno dimetro e relativamente curtas, de modo que ficam sujeitas influncia da colapsibilidade do solo. Atentando para esse fato, foram executadas doze estacas apiloadas de dimetro 20cm, sendo seis de 3m de comprimento e seis de 6m de comprimento, no Campo Experimental de Engenharia Geotcnica (CEEG) da UEL, com o intuito de se avaliar seus comportamentos quanto capacidade de carga. Na execuo das estacas apiloadas, a abertura do furo foi realizada com a queda livre de um pilo, porm, em considerao s prticas locais de execuo, a concretagem do furo foi feita de duas formas distintas: a) com o lanamento de um lastro de brita na base do furo (denominado de p de brita) com posterior apiloamento e, aps, o lanamento de concreto auto-adensvel e b) com o lanamento em camadas de concreto seco com apiloamento, aps cada lanamento, formando uma base alargada e bulbos ao longo do fuste. Neste trabalho, foram estudadas seis estacas de cada tipo, visando ao comportamento das mesmas atravs de provas de carga esttica compresso, do tipo mista, em duas condies: para solo no saturado, com determinaes de suco matricial a cada metro de profundidade, e para solo umedecido por inundao superficial por 48 horas. As medidas de suco matricial foram obtidas em curvas de reteno de gua (teor de umidade versus suco) determinadas para o solo superficial do CEEG, com posse dos teores de umidade do solo, durante as provas de carga. Com as curvas carga versus recalque foi possvel determinar os valores de capacidade de carga para as duas variantes de estacas apiloadas, nas duas condies de umidade do solo, permitindo avaliar as diferenas de comportamento quanto ao tipo de execuo e quanto suco matricial. Palavras-chave: Estacas apiloadas; provas de carga; solos colapsveis
GONALVES, Rafael Leite. Study of the behavior of pounded piles in collapsible soil of the area of Londrina/Pr. 2006. Dissertation (Master Degree in Construction and Sanitation Engineering) Londrina State University.
ABSTRACT
The superficial soil of the region of Londrina/PR is characterized by soft to average consistency, lateritic and collapsible clay. The collapsible soil is characterized by presenting, when in its natural humidity, structures with particles attached by ties attributed to suction. This porous and unstable structure grants to the soil an additional resistance that can be broken by external agents, generally water. When submitted to a load after flooding, collapsible soils suffer a relative movement among its particles, causing a reduction of volume that can ruin a foundation element. In small and medium sized constructions in the region, it is common to execute foundations with small diameter and relatively short stakes, which are subjected to the influence of the collapsibility of the soil of this region. Considering this, twelve 20cm diameter pounded piles, six of which were 3m and six, 6m long, were executed in the Experimental Field of Geotechnical Engineering of UEL, with the intent of evaluating their behavior with relation to load capacity. In the execution of the pounded piles, the opening of the hole was accomplished by a free fall pile driver; though, in consideration to the local execution practices, concreting of the hole was realized in two different ways: a) with fluid concrete and b) with the release in layers of dry concrete. In this paper, six stakes of each type were studied, analysing their behavior through mixed type tests of static load by compression under two soil conditions: non saturated soil, with suction measurements for each meter of depth, and soil superficially flooded for 48 hours. The matrix suction values were obtained in curves of water retention (humidity versus suction percentage), determined for CEEGs superficial soil, drawing on its known soil humidity values, during the load tests. With the load versus regression curves it was possible to determine the values of load capacity for the two variants of pounded piles under the two soil conditions, enabling the evaluation of the differences of behavior with relation to the execution type and to suction. Key-words: pounded piles; vertical loading tests; collapsible soil.
SUMRIO
1 INTRODUO................................................................................................... 19
2 OBJETIVOS....................................................................................................... 22
2.1 Objetivo geral................................................................................................... 22
2.2 Objetivos especficos....................................................................................... 22
3 REVISO BIBLIOGRFICA............................................................................... 24
3.1 Solos laterticos............................................................................................... 24
3.2 Solos colapsveis............................................................................................. 27
3.3 Influncia da suco matricial no comportamento de fundaes ................... 34
3.4 Definio de fundaes profundas.................................................................. 36
3.4.1 Fundao profunda....................................................................................... 36
3.4.2 Estacas......................................................................................................... 37
3.4.3 Estacas Strauss............................................................................................ 37
3.4.4 Estacas apiloadas......................................................................................... 38
3.5 Capacidade de carga....................................................................................... 39
3.5.1 Capacidade de carga do ponto de vista geotcnico..................................... 40
3.6 Definio de recalque...................................................................................... 43
3.7 Carga admissvel, recalque admissvel e fatores de segurana em
fundaes........................................................................................ 44
3.8 Estimativa de capacidade de carga de fundaes.......................................... 45
3.8.1 Mtodo semi-emprico de Dcourt & Quaresma (1978)............................... 46
3.8.2 Mtodo semi-emprico de Aoki & Veloso (1975).......................................... 49
3.9 Critrios de extrapolao das curvas carga versus recalque.......................... 54
3.9.1 Mtodo de Van der Veen (1953)................................................................... 55
3.9.2 Mtodo de Rigirez de Dcourt (1998)........................................................... 56
3.9.3 Mtodo de Brierley Modificado (MBM).......................................................... 58
3.10 Estacas apiloadas em solos colapsveis........................................................ 60
3.10.1 Estacas apiloadas em solo colapsvel da cidade de Pederneiras/SP....... 60
3.10.2 Estacas apiloadas em solo colapsvel de Ilha Solteira/SP......................... 61
3.10.3 Estacas apiloadas em solo colapsvel Bauru/SP........................................ 62
3.11 Influncia do reensaio no resultado de provas de carga em estacas............ 64
4 CAMPO EXPERIMENTAL DE ENGENHARIA GEOTCNICA (CEEG)
DA UNIVERSIDADE ESTADUAL DE LONDRINA (UEL)................................... 67
4.1 Perfil geolgico geotcnico do solo de Londrina/PR.................................... 67
4.2 Caractersticas geolgicas geotcnicas do campo experimental de
engenharia geotcnica (CEEG) da UEL.......................................... 69
4.2.1 Ensaios de campo........................................................................................ 70
4.2.1.1 SPT-T......................................................................................................... 70
4.2.1.2 Fundaes de pequeno porte em Londrina/Pr.......................................... 71
4.2.1.2.1 Estacas escavadas com trado manual (Brocas)..................................... 71
2.2.1.2.2 Estacas apiloadas................................................................................... 75
4.2.2 Ensaios de laboratrio.................................................................................. 84
5 MATERIAIS E MTODOS.................................................................................. 88
5.1 Objeto de estudo............................................................................................. 88
5.2 Estimativa da capacidade de carga das estacas atravs do mtodo de
Dcourt & Quaresma (1978)............................................................ 90
5.2.1 Estimativa da capacidade de carga das estacas apiloadas de 3 m de
comprimento (ACL3 e ACA3) de 6 m de comprimento (ACL6 e
ACA6)............................................................................................... 91
5.2.2 Dimensionamento das estacas Strauss (estacas de reao)....................... 93
5.3 Locao das estacas....................................................................................... 94
5.4 Execuo das estacas..................................................................................... 95
5.4.1Estacas apiloadas de dimetro 20 cm, comprimento 3,0 m e 6,0 m com
lanamento do concreto (ACL3 e ACL6).......................................... 95
5.4.2 Estacas apiloadas de dimetro 20 cm, comprimento 3,0 m e 6,0 m com
apiloamento do concreto (ACA3 e ACA6)........................................ 97
5.4.3 Estacas Strauss de dimetro 32 cm, comprimento 12,0 m (estacas de
reao)............................................................................................. 99
5.4.4 Blocos de coroamento.................................................................................102
5.4.5 Cavas de infiltrao.....................................................................................103
5.5 Execuo das provas de carga.......................................................................103
5.5.1 Materiais e equipamentos utilizados............................................................104
5.5.2 Montagem dos equipamentos......................................................................106
5.5.3 Execuo do ensaio.....................................................................................113
5.6 Determinao do teor de umidade e estimativa da suco matricial..............115
5.7 Determinao da reduo da capacidade de carga com a diminuio da
suco matricial e da recuperao da capacidade de carga com o
aumento da suco matricial...........................................................115
5.8 Determinao das tenses no solo aps os ensaios......................................117
6 APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS........................................119
6.1 Curvas carga versus recalque........................................................................119
6.2 Capacidade de carga, carga de colapso, resistncia de ponta e
resistncia lateral............................................................................123
6.3 Influncia dos reensaios.................................................................................133
6.4 Influncia da suco matricial no comportamento das estacas.....................143
6.5 Comparativo do comportamento entre as estacas apiloadas e
estacas brocas................................................................................155
6.6 Resultados de tenso do solo e dimenses das estacas aps os
ensaios............................................................................................157
7 CONSIDERAES FINAIS...............................................................................162
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.....................................................................164
ANEXOS...............................................................................................................167
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1 Distribuio das coberturas laterticas no Brasil Melfi, 1997......... 26
Figura 3.2 Macro-estrutura formada por pontes de argila; por Capilaridade;
por cimentaes de argila ou xidos de ferro ou alumnio.
(Lopes, 2001).................................................................................. 29
Figura 3.3 Estrutura de solo colapsvel carregado sem inundao (a) e
com inundao (b), (Gutierrez et al, 2003).................................... 31
Figura 3.4 Ocorrncia de solos colapsveis no Brasil Cintra, 1998................ 32
Figura 3.5 Carga de ruptura segundo Van der Veen (1953)............................. 55
Figura 3.6 Grfico Rigidez - Fundaes que no apresentam ruptura fsica -
Campos, 2005................................................................................. 58
Figura 3.7 Grfico Rigidez - Fundaes que apresentam ruptura fsica -
Campos, 2005...................................................................................58
Figura 3.8 Mtodo do MBM para estimativa da resistncia lateral (Rl)
Campos, 2005...................................................................................59
Figura 3.9 Curvas carga versus recalque para recarregamento Massad,
1992..................................................................................................65
Figura 4.1 Curvas carga versus recalque das estacas apiloadas com
lanamento do concreto, de comprimento L = 3 m, na condio
de solo no saturado Campos, 2005.............................................77
Figura 4.2 Curvas carga versus recalque das estacas apiloadas com
lanamento do concreto, de comprimento L = 6 m, na condio
de solo no saturado Campos, 2005.............................................77
Figura 4.3 Curvas carga versus recalque das estacas apiloadas com
apiloamento do concreto, de comprimento L = 3 m, na condio
de solo no saturado Campos, 2005.............................................78
Figura 4.4 Curvas carga versus recalque das estacas apiloadas com
apiloamento do concreto, de comprimento L = 6 m, na condio
de solo no saturado Campos, 2005.............................................79
Figura 4.5 Curvas caractersticas de suco do solo do CEEG Padilha
(2004)................................................................................................87
Figura 5.1 Disposio das estacas apiloadas e Strauss no CEEG.....................95
Figura 5.2 Abertura do furo das estacas apiloadas (ACL e ACA) com o
auxilio do pilo..................................................................................97
Figura 5.3 Concretagem das estacas apiloadas ACAs.......................................99
Figura 5.4 Colocao das armaduras e concretagem das estacas de
reao.............................................................................................102
Figura 5.5 Vista geral da montagem das provas de carga................................109
Figura 5.6 Montagem do sistema de reao (reao 1 esquerda e
sistema de atirantamento da reao 2 direita).............................109
Figura 5.7 Detalhe da montagem do macaco e da clula de carga..................110
Figura 5.8 Esquema das provas de carga.........................................................112
Figura 5.9 Locao dos poos de inspeo......................................................117
Figura 5.10 Abertura de poo de inspeo tangenciando a estaca apiloada
ACL6(1)...........................................................................................118
Figura 6.1 Curvas carga versus recalque das estacas apiloadas com
lanamento do concreto, de comprimento L = 3 m, na
condio de solo umedecido por inundao superficial..................120
Figura 6.2 Curvas carga versus recalque das estacas apiloadas com
lanamento do concreto, de comprimento L = 6 m, na
condio de solo umedecido por inundao superficial..................121
Figura 6.3 Curvas carga versus recalque das estacas apiloadas com
apiloamento do concreto, de comprimento L = 3 m, na
condio de solo umedecido por inundao superficial..................122
Figura 6.4 Curvas carga versus recalque das estacas apiloadas com
apiloamento do concreto, de comprimento L = 6 m, na
condio de solo umedecido por inundao superficial..................122
Figura 6.5 Grfico de rigidez da estaca ACL3(1) Campos, 2005...................124
Figura 6.6 Grfico de rigidez da estaca ACL6(2) Campos, 2005...................125
Figura 6.7 Grfico de rigidez da estaca ACA3(1) Campos, 2005...................125
Figura 6.8 Grfico de rigidez da estaca ACA6(2) Campos, 2005...................126
Figura 6.9 Grfico MBM das estacas apiloadas com lanamento do concreto
e comprimento L = 3 m (ACL3) na condio de solo no
saturado Campos, 2005...............................................................127
Figura 6.10 Grfico MBM das estacas apiloadas com lanamento do
concreto e comprimento L = 6 m (ACL6) na condio de solo
no saturado Campos, 2005........................................................127
Figura 6.11 Grfico MBM das estacas apiloadas com apiloamento do
concreto e comprimento L = 3 m (ACA3) na condio de solo
no saturado Campos, 2005........................................................128
Figura 6.12 Grfico MBM das estacas apiloadas com apiloamento do
concreto e comprimento L = 6 m (ACA6) na condio de solo
no saturado Campos, 2005........................................................128
Figura 6.13 Grfico MBM das estacas apiloadas com lanamento do concreto e
comprimento L = 6 m (ACL6) na condio de solo umedecido.......129
Figura 6.14 Grfico MBM das estacas apiloadas com lanamento doconcreto e
comprimento L = 6 m (ACL6) na condio de solo umedecido.......129
Figura 6.15 Grfico MBM das estacas apiloadas com apiloamento do concreto e
comprimento L = 3 m (ACA3) na condio de solo umedecido......130
Figura 6.16 Grfico MBM das estacas apiloadas com apiloamento do concreto e
comprimento L = 6 m (ACA6) na condio de solo umedecido......130
Figura 6.17 Curvas carga versus recalque da estaca apiloada com
lanamento do concreto, de comprimento L = 3 m (ACL3(2))
para o ensaio e os reensaios..........................................................134
Figura 6.18 Curvas carga versus recalque da estaca apiloada com
apiloamento do concreto, de comprimento L = 3 m (ACA3(2))
para o ensaio e os reensaios..........................................................134
Figura 6.19 Curvas carga versus recalque da estaca apiloada com
apiloamento do concreto, de comprimento L = 6 m (ACA6(1))
para o ensaio e os reensaios..........................................................135
Figura 6.20 Grfico de rigidez da estaca ACL3(2)-Reensaio (3), para solo
no saturado...................................................................................137
Figura 6.21 Grfico de rigidez da estaca ACA3(3) Reensaio (3) , para solo
no saturado...................................................................................137
Figura 6.22 Grfico de rigidez da estaca ACA6(1) Reensaio (3) , para solo
no saturado...................................................................................138
Figura 6.23 Grfico MBM da estaca ACL3(2) Reensaio 2 Solo
umedecido.......................................................................................139
Figura 6.24 Grfico MBM da estaca ACA3(2) Reensaio 2 Solo
umedecido.......................................................................................139
Figura 6.25 Grfico MBM da estaca ACA6(1) Reensaio 2 Solo
umedecido.......................................................................................140
Figura 6.26 Grfico MBM da estaca ACL3(2) Reensaio 3 Solo no
saturado..........................................................................................140
Figura 6.27 Grfico MBM da estaca ACA3(2) Reensaio 3 Solo no
saturado..........................................................................................141
Figura 6.28 Grfico MBM da estaca ACA6(1) Reensaio 3 Solo no
saturado..........................................................................................141
Figura 6.29 Curvas carga versus recalque da estaca apiloada com
lanamento do concreto, de comprimento L = 3 m, (ACL3(1))
na condio de solo no saturado e umedecido por inundao
superficial........................................................................................144
Figura 6.30 Curvas carga versus recalque da estaca apiloada com
lanamento do concreto, de comprimento L = 3 m, (ACL3(3))
na condio de solo no saturado e umedecido por inundao
superficial........................................................................................144
Figura 6.31 Curvas carga versus recalque da estaca apiloada com
lanamento do concreto, de comprimento L = 6 m, (ACL6(1))
na condio de solo no saturado e umedecido por inundao
superficial........................................................................................145
Figura 6.32 Curvas carga versus recalque da estaca apiloada com
lanamento do concreto, de comprimento L = 6 m, (ACL6(3))
na condio de solo no saturado e umedecido por inundao
superficial........................................................................................145
Figura 6.33 Curvas carga versus recalque da estaca apiloada com
apiloamento do concreto, de comprimento L = 3 m, (ACA3(1))
na condio de solo no saturado e umedecido por inundao
superficial........................................................................................146
Figura 6.34 Curvas carga versus recalque da estaca apiloada com
apiloamento do concreto, de comprimento L = 3 m, (ACA3(3))
na condio de solo no saturado e umedecido por inundao
superficial........................................................................................146
Figura 6.35 Curvas carga versus recalque da estaca apiloada com
apiloamento do concreto, de comprimento L = 6 m, (ACA6(2))
na condio de solo no saturado e umedecido por inundao
superficial........................................................................................147
Figura 6.36 Curvas carga versus recalque da estaca apiloada com
apiloamento do concreto, de comprimento L = 6 m, (ACA6(3)) na
condio de solo no saturado e umedecido por inundao
superficial........................................................................................147
Figura 6.37 Relao entre suco matricial e capacidade de carga das estaca
ACLs3..............................................................................................150
Figura 6.38 Relao entre suco matricial e capacidade de carga das estaca
ACAs3.............................................................................................150
Figura 6.39 Relao entre suco matricial e capacidade de carga das estaca
ACLs6..............................................................................................151
Figura 6.40 Relao entre suco matricial e capacidade de carga das estaca
ACAs6.............................................................................................151
Figura 6.41 Falha de concretagem da estaca ACA6(3).....................................160
Figura 6.42 Ponta da estaca ACL e da estaca ACA..........................................161
LISTA DE TABELAS
Tabela 3.1 Valores do coeficiente em funo do tipo de estaca e do
solo....................................................................................................47
Tabela 3.2 Valores do coeficiente em funo do tipo de estaca e do
solo....................................................................................................47
Tabela 3.3 Fator caracterstico do solo C............................................................48
Tabela 3.4 Coeficiente de transformao F1 e F2 (Aoki & Velloso, 1975) .........51
Tabela 3.5 Coeficientes K e (Aoki & Velloso 1975)..........................................52
Tabela 3.6 Cargas mximas e recalques (Morais & Segantini, 2002).................62
Tabela 3.7 Cargas de ruptura a partir de interpretaes das provas de carga e
de estimativas de mtodos semi-empricos Ferreira et al. 2000....64
Tabela 4.1 Capacidade de carga, carga de colapso e reduo da capacidade
de carga das estacas brocas Miguel & Belincanta, 2004...............74
Tabela 4.2 Estimativa de capacidade de carga (Pu), resistncia lateral (Rl),
resistncia de ponta (Rp) e carga adimissvel (Padm) Campos,
2005..................................................................................................76
Tabela 4.3 Capacidade de carga (Pu) das estacas apiloadas com lanamento
do concreto de comprimento 3 m (ACL3) e Comprimento 6 m
(ACL6) Campos, 2005....................................................................80
Tabela 4.4 Capacidade de carga (Pu) das estacas apiloadas com
apiloamento do concreto de comprimento 3 m (ACA3) e
Comprimento 6 m (ACA6) Campos, 2005......................................81
Tabela 4.5 Resistncia lateral (Rl) e de ponta (Rp) das estacas apiloadas com
lanamento do concreto de comprimento 3 m (ACL3) e
Comprimento 6 m (ACL6) Campos, 2005......................................82
Tabela 4.6 Resistncia lateral (Rl) e de ponta (Rp) das estacas apiloadas com
apiloamento do concreto de comprimento 3 m (ACA3) e
Comprimento 6 m (ACA6) Campos, 2005.....................................83
Tabela 4.7 Valores caractersticos do substrato do CEEG obtidos atravs de
ensaios de campo e laboratrio Miguel et al (2002).....................85
Tabela 5.1 Identificao dos ensaios, condies de solo e intervalo de
tempo em que foram realizados........................................................90
Tabela 5.2 Identificao das estacas apiloadas executadas no CEEG
UEL...................................................................................................90
Tabela 5.3 Valores estimados de capacidade de carga (Pu), resistncia lateral
(Rl), resistncia de ponta (Rp) e Carga admissvel (Padm).................93
Tabela 6.1 Carga de colapso (Pc), Resistncia lateral (Rl) e de ponta (Rp) das
estacas apiloadas com lanamento do concreto de comprimento
3 m (ACL3) e Comprimento 6 m (ACL6) para solo umedecido.......131
Tabela 6.2 Carga de colapso (Pc), Resistncia lateral (Rl) e de ponta (Rp) das
estacas apiloadas com apiloamento do concreto de comprimento
3 m (ACA3) e Comprimento 6 m (ACA6) para solo umedecido......132
Tabela 6.3 Carga de colapso, resistncia lateral e resistncia de ponta das
estacas apiloadas de comprimento L= 3 m e L=6 m, na condio de
solo umedecido (reensaio 2)...........................................................142
Tabela 6.4 Capacidade de carga, resistncia lateral e resistncia de ponta das
estacas apiloadas de comprimento L= 3 m e L=6 m, na condio
de solo no saturado(reensaio 3)....................................................142
Tabela 6.5 Teores de umidade de campo e suco correspondente para as
estacas apiloadas com lanamento do concreto de comprimento
L = 3 m (ACL3) e L = 6 m (ACL6) e estacas apiloadas com
apiloamento do concreto de comprimento L = 3 m (ACA3) e
L = 6 m (ACA6)................................................................................149
Tabela 6.6 Perda da capacidade de carga das estacas apiloadas com
lanamento do concreto de comprimento L = 3 m (ACL3) e
L = 6 m (ACL6)................................................................................152
Tabela 6.7 Perda da capacidade de carga das estacas apiloadas com
apiloamento do concreto de comprimento L = 3 m (ACA3) e
L = 6 m (ACA6)................................................................................153
Tabela 6.8 Perda da capacidade de carga das estacas apiloadas com
lanamento do concreto de comprimento L = 3 m (ACL3) e
L = 6 m (ACL6)................................................................................154
Tabela 6.9 Capacidade de carga (Pu), Carga de colapso (Pc) e perda da
capacidade de carga das estacas brocas e estacas apiloadas
com lanamento do concreto (ACL) e com apiloamento do
concreto (ACA)................................................................................156
Tabela 6.10 Tenses do solo ao longo da profundidade das estacas apiloadas
de comprimento L = 3 m..................................................................158
Tabela 6.11 Tenses do solo ao longo da profundidade das estacas apiloadas
de comprimento L = 6 m..................................................................158
19
1. INTRODUO
Londrina, localizada na regio norte do estado do Paran,
possui populao de, aproximadamente, 490 mil habitantes, sendo um
importante plo de desenvolvimento regional. Sua principal fonte de renda est
ligada aos agro-negcios, porm a indstria da construo civil vem ganhando
fora nas ltimas dcadas.
Dentro da construo civil, as obras de pequeno e mdio porte
tm se destacado, constitudas por, principalmente, edificaes uni-familiares e
edificaes de interesse social (conjuntos habitacionais). Devido s suas
pequenas solicitaes, esses tipos de obras, comumente, dispem como
elementos de fundaes estacas curtas do tipo escavadas com trado manual
(estacas brocas manuais). Apesar da extrema importncia para a solidez da
obra, as fundaes dessas edificaes no tm recebido o devido estudo para
sua execuo, esta sendo baseada no empirismo e, principalmente, na
experincia acumulada dos profissionais regionais.
So comuns na regio casos de aparecimento de trincas em
edificaes, em geral de pequeno e mdio porte, aps inundao do solo que
d apoio s suas fundaes. Essa inundao, no geral, decorrente de
rompimento de dutos de gua de abastecimento ou de redes coletoras de
esgoto ou mesmo de um nvel elevado de precipitao pluviomtrica.
Atentando para esse fato, o meio tcnico passou a se
preocupar com o comportamento das fundaes na regio de Londrina,
necessitando de um estudo mais rigoroso dos solos locais.
20
No ano de 1998, implantou-se no campus da Universidade
Estadual de Londrina (UEL) o Campo Experimental de Engenharia Geotcnica
(CEEG) Prof. Saburo Morimoto e, desde ento, comeou-se a desenvolver
pesquisas sobre o solo da regio de Londrina e as estacas assentes nesse
solo.
Pesquisas de investigao do subsolo, atravs de diversas
sondagens (SPT-T, CPT, DMT, DPL, DPSH, e abertura de poos de inspeo),
e ensaios de laboratrio com amostras deformadas e indeformadas coletadas
das campanhas de sondagem indicaram que a camada superficial de solo do
CEEG (at 12 m de profundidade) constituda por argila siltosa, porosa, de
consistncia mole a mdia, com teor de umidade entre 30 % e 45 % (TEIXEIRA
et al., 2003). Ensaios realizados em laboratrio por Lopes et al. (2000) apontam
que as argilas do solo superficial do CEEG apresentam comportamento de
argilas laterticas.
Os estudos de comportamento de estacas de diferentes
mtodos executivos tambm tm sido realizados no CEEG, atravs de anlise
das curvas carga versus recalque, obtidas de resultados de provas de carga
executadas nas estacas. Dentre as estacas j estudadas no CEEG, merecem
destaque as estacas brocas manuais, que so as mais comuns para
edificaes de pequeno e mdio porte na regio de Londrina/PR, devido a sua
facilidade de execuo e baixo custo.
Porm, as provas de carga executadas nessas estacas para a
condio de solo inundado revelaram dados expressivos de reduo da
capacidade de carga (48,8% e 35,6%) em comparao capacidade de carga
21
de estacas preenchidas por concreto, de dimetro 25 cm e comprimento 3 m e
6 m, respectivamente (MIGUEL & BELINCANTA, 2004).
Devido a esses resultados obtidos para as estacas brocas
manuais, outro tipo de fundao, tambm de uso comum em obras de pequeno
porte, tem sido analisado. A estaca apiloada foi escolhida como objeto de
estudo, visto que sua utilizao em obras de pequeno e mdio porte acontece
em larga escala na regio.
Para tal estudo foram utilizadas estacas apiloadas de dimetros
20 cm e comprimentos de 3 m e 6 m, as quais foram submetidas a ensaios de
provas de carga estticas para duas condies de solo: o no saturado e o
umedecido por inundao superficial.
Na estaca apiloada, o processo executivo, que, atravs da
queda de um pilo, abre o furo deslocando o solo lateralmente e para baixo,
proporciona uma diminuio dos vazios do solo nas imediaes da estaca, o
que, acredita-se, ocasiona melhorias nas condies de susceptibilidade do
elemento de fundao ao colapso, alm de proporcionar uma melhor
resistncia de ponta da estaca que na estaca broca manual, praticamente
inexiste.
Por fim, acredita-se que a estaca apiloada mostre-se como
alternativa tcnica vivel para edificaes de pequeno e mdio porte em
Londrina/PR, merecendo maiores investigaes sobre seu comportamento
para solos laterticos e colapsveis da regio.
22
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
Neste trabalho pretende-se obter informaes a respeito do
comportamento de estacas apiloadas com confeco de p de brita na ponta
e preenchidas por concreto auto-adensvel e de estacas apiloadas
preenchidas por concreto apiloado sem a confeco do p de brita, com
comprimento de 3m e 6m e dimetro de 20cm, executadas em solo argilo-
siltoso, poroso, de consistncia mole a mdia, latertico e colapsvel, tpico da
regio de Londrina/PR, nas condies do solo no saturado, mas com medida
do teor de umidade do solo, e com umedecimento do solo por inundao
superficial de no mnimo 48 horas.
2.2 Objetivos especficos
Determinar as curvas carga versus recalque das estacas
apiloadas, executadas no solo da regio, submetendo-as a provas de carga
esttica, compresso, com controle da suco matricial do solo;
Indicar parmetros para a elaborao de projetos
geotcnicos que necessitam da execuo de estacas apiloadas no solo de
Londrina/PR, tais como capacidade de carga, carga admissvel e recalques
admissveis;
23
Verificar a influncia da colapsibilidade do solo no
comportamento das estacas apiloadas, preenchidas por concreto com e sem
apiloamento.
24
3. REVISO BIBLIOGRFICA
3.1 Solos laterticos
Segundo Schellmann (1982, apud MELFI, 1997), lateritas
podem ser definidas como: acumulaes superficiais ou subsuperficiais de
produtos provenientes do intenso intemperismo de rochas, desenvolvidos sob
condies favorveis a uma maior mobilidade dos elementos alcalinos,
alcalinos terrosos e slica e imobilizao de ferro e de alumnio.
Para Melfi (1997), a laterizao favorecida devido s
condies de alta temperatura e umidade, tpicas de regies tropicais entre os
paralelos 30 N e 30 S de latitude. Nas formaes laterticas,
mineralogicamente predominam os xidos e hidrxidos de ferro e de alumnio
(geothita, hematita, gibsita e materiais amorfos) e argilo-minerais do grupo da
caulinita, alm do quartzo, que representa o mineral residual do intemperismo.
Para o autor, as lateritas, apesar de formadas a partir de um
processo nico, englobam vrios tipos de produtos, pois a intensidade do
processo pode variar conforme a localizao, tipos de material de origem,
tempo de durao, etc. Devido ao exposto, as lateritas apresentam
propriedades fsicas, qumicas, fsico-qumicas e mineralgicas totalmente
distintas.
Melfi (1997) apresenta, como um dos fatores de grande
importncia ao processo de intemperismo, a evoluo da matria orgnica, que
em regies frias e temperadas acontece de maneira lenta e resulta na
25
formao de compostos orgnicos. J nas regies tropicais, devido s altas
temperaturas, ocorre uma degradao muito rpida da matria orgnica,
tornando-a totalmente mineralizada, dando origem gua e gs carbnico
(CO2).
A presena do CO2 confere s solues das regies tropicais
caractersticas relativamente cidas (pH entre 5,5 e 6,0). Nessas condies, o
alumnio e o ferro so praticamente insolveis e se acumulam na forma de
xidos ou hidrxidos, enquanto que os elementos alcalinos e alcalinos terrosos
so totalmente lixiviados, assim como a slica. Esta tambm mobilizada,
porm com velocidade menor que os alcalinos, possibilitando em algumas
situaes a recombinao entre a slica e o alumnio, formando os argilo-
minerais.
O Brasil possui caractersticas tropicais (altas temperaturas e
elevada pluviosidade), fatores propcios ocorrncia do processo de
laterizao; por isso, apresenta mais de 60% de sua superfcie recobertos por
formaes laterticas, como mostra a Figura 3.1, extrada de Melfi (1997).
Porm, essa cobertura no homognea, visto que composta por diferentes
tipos de materiais laterticos, sendo mais comum a presena de materiais
argilo-ferruginosos friveis, que por processos pedogenticos foram
transformados em solo muito fino, pulverulento, com microagregaes
caractersticas (latossolos).
26
Figura 3.1 Distribuio das coberturas laterticas no Brasil Melfi, 1997.
Como pode ser observado na Figura 3.1, praticamente todas as
regies do Brasil so cobertas por formaes laterticas, sendo que cada regio
possui um conjunto de materiais predominantes, marcados, principalmente,
pela natureza dos xidos metlicos: no norte do pas, a cobertura latertica
constituda, essencialmente, por goethita e gibsita, sendo a hematita
subordinada ou mesmo ausente; na regio nordeste, a goethita ainda
predominante, porm no so encontradas gibsita e hematita; no Brasil central
so encontrados os trs oxihidrxidos metlicos, goethita, hematita e gibsita; j
no sul, a goethita desaparece e a hematita o principal constituinte frrico.
Melfi (1997) destaca a importncia dos estudos, sobretudo
microscpicos, sobre as lateritas no Brasil, visto que cada tipo de laterita
apresenta propriedades mecnicas peculiares e estudos sobre a composio
27
mineralgica dos materiais podem auxiliar o meio geotcnico a compreender
por que solos de ndices geotcnicos semelhantes apresentam, em muitos
casos, comportamento mecnico totalmente distinto.
Dcourt (2002) observa que as argilas laterticas apresentam
rigidezes muito acima das argilas no laterticas, apesar de elas apresentarem
mesmo ndice de resistncia penetrao dos ensaios de SPT. Segundo o
autor, devido maior rigidez dos solos laterticos, todos os mtodos de
estimativa de capacidade de carga de fundaes subestimam o
comportamento de fundaes implantadas nesse tipo de solo. Dcourt (2002)
sugere ainda que seja realizado um nmero significativo de provas e carga
para que se possam introduzir ajustes aos mtodos de previso de capacidade
de fundaes executadas em solos laterticos.
3.2 Solos colapsveis
Segundo Cintra (1998) todos os tipos de solos quando
submetidos a um carregamento sofrem algum tipo de recalque, sendo que a
magnitude desses recalques varia de solo para solo. Esses recalques
acontecem em solos no saturados e podem ser previstos no clculo de
fundaes.
Ainda segundo o autor, alguns tipos de solos, quando
umedecidos, sofrem um tipo de colapso de sua estrutura que se caracteriza por
recalques repentinos e de grandes propores. Os solos que sofrem esse
fenmeno so denominados de solos colapsveis. Ento, podem ser definidos
solos colapsveis como sendo solos que sofrem bruscas e significativas
28
redues de volume quando umedecidos, sem que ocorra a variao da tenso
qual esto submetidos.
A colapsibilidade est ligada a dois fatores externos ao solo: a
carga limite crtica de colapso e umedecimento do solo. Quando ocorre uma
combinao dos dois fatores, tem-se uma condio favorvel para a ocorrncia
do colapso. Aliado a esses fatores externos tem-se o tipo de estrutura do solo.
Solos colapsveis caracterizam-se por apresentar, quando em sua umidade
natural, estrutura com partculas ligadas por vnculos atribudas suco e a
substncias cimentantes, formando uma estrutura porosa e instvel.
Segundo Lopes (2001), esta estrutura confere ao solo uma
resistncia adicional que pode ser quebrada por agentes externos, em geral a
gua. Na Figura 3.2, apresentada por Lopes (2001), pode-se observar
ilustraes de macro-estruturas formadas por partculas ligadas por vnculos. A
Figura 3.2(a) apresenta macro-estruturas formadas por microagregados de
argila ou de silte ligada por vnculos de pontes de argila. Tambm pode
acontecer dessas estruturas com vnculos por cimentao de xidos de ferro. A
Figura 3.2(b) mostra a formao de estruturas mantidas por capilaridade, que
esto ligadas suco do solo. J na figura 3.2(c), tm-se as microagregaes
mantidas estveis por cimentao de argilas ou xidos de ferro.
29
(a) (b)
(c)
Figura 3.2 (a) Macro-estrutura formada por pontes de argila; (b) Macro-estrutura formada por Capilaridade; (c) Macro-estrutura por cimentaes de argila ou xidos de ferro ou alumnio. (Lopes, 2001).
Antigamente, acreditava-se que o colapso ocorria quando se
atingia a inundao mxima do solo, ou seja, saturao de 100%, mas estudos
mostram que no necessria a inundao completa do solo para que ocorra
o fenmeno do colapso. Em geral, quando a saturao atinge cerca de 70 a
80%, tem-se uma variao de suco significativa que pode causar colapso.
Segundo Padilha (2004), a suco normalmente dividida em
duas componentes: a componente matricial e a componente osmtica, sendo a
suco total a soma das duas componentes. A suco osmtica depende da
concentrao qumica da gua do solo, enquanto a matricial depende da
estrutura e da composio do solo e tende a desaparecer com a inundao do
30
solo. A suco matricial definida como a diferena entre a presso de ar e a
presso de gua nos vazios.
O aumento da suco matricial confere uma maior rigidez ao
solo, aumenta sua capacidade de carga e diminui os recalques para uma
mesma tenso aplicada; por sua vez, com o solo inundado (suco
praticamente nula) o solo apresenta sua menor capacidade de carga e maiores
recalques para a mesma tenso aplicada.
Guterrez et al. (2003) comentam que os solos colapsveis
apresentam microagregaes que so mantidas estveis pela presena da
suco e agentes cimentantes e, quando submetidas a carregamento em seu
estado de umidade natural, resistem carga atravs de compresso entre os
gros, sem sofrer movimento relativo entre os mesmos e sem que ocorra
grande variao em seu volume.
Para esses autores, quando h umedecimento, as foras que
mantm estveis as microagregaes se enfraquecem, e se o solo estiver
submetido a carregamento acima do considerado de carga de colapso, ocorre
movimento relativo entre as partculas, de modo que essas partculas passam a
ocupar os espaos vazios do solo, gerando uma grande e repentina reduo de
seu volume, causando o colapso da estrutura do solo. Esse fenmeno de
resistncia dos solos colapsveis ilustrado na Figura 3.3.
31
Figura 3.3 Estrutura de solo colapsvel carregado sem inundao (a) e com inundao (b), (Gutierrez et al, 2003).
O fenmeno do colapso no deve ser confundido com o
adensamento, mesmo porque so completamente distintos: no adensamento
ocorre a expulso de gua, enquanto no colapso a expulso do ar que
preenche os vazios do solo. Alm disso, no colapso, a variao do volume
ocorre em um curto espao de tempo, enquanto no adensamento a variao de
volume de forma lenta.
Basicamente, duas caractersticas diferem os dois fenmenos:
o colapso pode se repetir se form atingidas novamente a umidade critica e a
carga de colapso, causando recalques repentinos e acentuados, enquanto o
adensamento produz recalques uniformes ao longo do tempo.
De maneira geral, os solos colapsveis apresentam algumas
caractersticas em comum: valores de NSPT normalmente baixos (n de golpes
4), baixo grau de saturao (Sr 60%) e grande porosidade ( 40%). Os solos
colapsveis so encontrados em diversos pases do mundo, mas
predominantemente em paises de clima tropical.
No Brasil, processos pedogenticos aliados a processos
intempricos do origem a solos com estrutura altamente porosa e de
espessas camadas superficiais, como o caso dos latossolos. Esses solos
possuem grande representao geogrfica no Brasil, sendo encontrados em
32
quase todas as regies do pas. So solos altamente evoludos, laterizados,
ricos em argilo-minerais, xidos de ferro e alumnio: apresentam estrutura
altamente porosa e suas caractersticas bsicas e condies em que ocorrem
no Brasil os colocam como solos susceptveis ao colapso.
No Brasil os primeiros solos colapsveis foram identificados
pela primeira vez em So Paulo por volta de 1940 e, desde ento, tem sido
objeto de investigao em quase todo pas: foram encontrados relatos de sua
existncia em varias regies, sendo mais comuns no centro-sul do Brasil, como
mostra a Figura 3.4.
Figura 3.4 Ocorrncia de solos colapsveis no Brasil Ferreira et al.
(1989, apud CINTRA, 1998).
Para o meio tcnico de grande valia a identificao dos locais
onde ocorrem os solos colapsveis, pois suas caractersticas e carga de
1 Manaus / AM 2 Parnaba / PI 3 Gravat / PE 4 Carnaba / PE 5 Petrolandia / PE 6 Santa Maria da Boa Vista / PE 7 Petrolina / PE 8 Rodelas / BA 9 Bom Jejus da Lapa / BA 10 Manga / MG 11 Trs Maria / MG 12 Itumbiara / MG 13 Uberlndia / MG 14 Braslia / DF 15 Ilha Solteira e Pereira Barreto / SP 16 Rio Sarapu / SP 17 So Carlos / SP 18 Rio Mogi Guau / SP 19 So Jos dos Campos / SP 20 So Paulo / SP 21 Sumar e Paulnea / SP 22 Itapetininga / SP 23 Bauru / SP 24 Canoa / SP 25 Carazinho / RS 26 Londrina e Maring / PR
33
colapso podem ser levadas em considerao no clculo e na elaborao de
projetos de fundaes.
Segundo Cintra (1998), a carga de colapso pode ser
interpretada como sendo a capacidade de carga do solo, em seu teor de
umidade natural, reduzida pela influncia da inundao no solo colapsvel.
Muitas edificaes so construdas sobre solos colapsveis e,
quando ocorre o fenmeno da colapsibilidade, as fundaes dessas
edificaes sofrem recalques, acompanhando a ao do solo. Esses recalques
das fundaes causam significativos danos s estruturas das edificaes,
aparecendo trincas e rachaduras ou at o desaprumo e a runa de algumas
delas.
Fundaes de edificaes de pequeno porte, geralmente
estacas curtas, ficam embutidas por completo em camadas superficiais onde
so mais susceptveis ao colapso. Estacas de pequeno porte, quando sujeitas
ao colapso, sofrem uma reduo de cerca de 50% da capacidade de carga em
seu estado de umidade natural (CINTRA, 1998).
Normalmente, no levado em considerao o fenmeno da
colapsibilidade na estimativa da capacidade de carga das fundaes de
edificaes: por isso existem inmeros registros de recalques bruscos em
edificaes aps rompimento de tubulao de gua ou esgoto, perodos
prolongados de chuva ou elevao do lenol fretico.
34
3.3 Influncia da suco matricial no comportamento de fundaes
Como exposto anteriormente, a suco do solo dividida em
duas componentes, a osmtica e a matricial, sendo a suco total a soma das
duas componentes. A componente osmtica depende da concentrao qumica
da gua do solo, no sendo objeto desse estudo. J a matricial depende da
estrutura e da composio do solo e influencia diretamente no comportamento
do mesmo e, conseqentemente, no comportamento das fundaes nele
implantadas.
O comportamento das fundaes, sejam elas diretas ou
indiretas, est diretamente ligado ao solo sob o qual essas fundaes esto
instaladas, sendo de extrema importncia o conhecimento das caractersticas
do solo para se prever o comportamento da fundao a ser nele implantada.
Como exposto anteriormente, em solos colapsveis, a suco
matricial confere ao solo uma maior resistncia e essa resistncia aparente
pode ser quebrada com a presena de umidade adicional no solo. Por isso,
quanto menor for a umidade do solo colapsvel, maior ser sua suco matricial
e, conseqentemente, maior ser a capacidade de carga da fundao.
Cintra et al. (2005) realizaram 13 ensaios de provas de carga
do tipo rpido em placas circulares de 0,80m de dimetro em trs
profundidades diferentes: 1,5m, 4,0m e 6,0m. Seis ensaios foram realizados
com solo pr-inundado por no mnimo 24 horas. Os outros sete ensaios foram
realizados em diferentes pocas do ano e ocorreram para solo no saturado,
com leituras de suco matricial do solo atravs de tensimetros.
35
Analisando os resultados das provas de carga, Cintra et al.
(2005) observaram que o aumento da suco matricial confere uma resistncia
maior ao solo, elevando sua capacidade de carga e diminuindo os recalques
para uma mesma tenso aplicada.
Observaram ainda que para os ensaios realizados em solo no
saturado com nveis de suco mais elevados, a reduo de capacidade de
carga devido ao colapso se mostrou maior que os realizados em suco
menor.
Os autores notaram que, para a suco matricial de 16kPa, a
reduo da capacidade devido ao colapso foi de um tero, enquanto a
capacidade de carga duplica quando passa da condio de solo inundado para
solo no saturado com tenso de suco de 26kPa.
J Guimares et al. (2004), com o objetivo de avaliar a
influncia da suco matricial na capacidade de carga de fundaes profundas
assentes em solo do Distrito Federal, realizaram cinco provas de carga em
cinco estacas escavadas mecanicamente de comprimento 8m e 30cm de
dimetro.
Esses autores observaram que ocorreram expressivas
variaes de umidade do solo (conseqentemente da suco matricial) apenas
nos trs primeiros metros de profundidade. Nestes, segundo os autores, a
variao da suco matricial acarretou variaes de capacidade de carga das
estacas, observando que, quanto maior o nvel da suco matricial, maior foi a
capacidade apresentada pela estaca. Para uma variao de 41,7% da umidade
do solo (passando de 18% para 25,5%) ocorreu uma variao de 33% na
capacidade de carga das estacas (passando de 360 kN para 270 kN). J para
36
os demais metros, a variao no mostrou significativa influncia na
capacidade de carga das estacas.
Os autores concluram que a variao da suco tem
significativa influncia na capacidade de carga de fundaes assentes em solo
do Distrito Federal e que a poca do ano em que se realizam as provas de
carga deve ser levada em considerao na anlise do comportamento das
mesmas.
3.4 Definio de fundaes profundas
3.4.1 Fundao profunda
Segundo a norma NBR 6122/96, fundao profunda o
elemento estrutural de fundao (estaca, tubulo ou caixo) que transfere a
carga proveniente da estrutura ao terreno atravs da sua base (resistncia de
ponta), da superfcie lateral (resistncia lateral) ou da combinao de ambas. A
NBR 6122/96 tambm define que sua cota de assentamento deve ser superior
ao dobro da menor dimenso, em planta, e de no mnimo 3m, exceto com
justificativa.
Cintra & Aoki (1999) consideram como elemento isolado de
fundao o sistema composto pelo elemento estrutural de fundao e o
macio de solo que o envolve. Desse modo, o elemento estrutural de fundao
representa um elemento do sistema de fundao, divergindo da definio da
37
norma. No presente trabalho convencionou-se mais sensata a utilizao da
definio desses autores em relao da norma.
3.4.2 Estacas
Conforme apresentado pela norma, conveniente classificar as
fundaes profundas em trs grupos: estacas, tubules e caixes. Neste
trabalho, constituem-se objeto de estudo as fundaes profundas por estacas.
A NBR 6122/96 define estaca como sendo elemento de
fundao profunda, executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas,
sem que, em qualquer fase da sua execuo, haja descida de operrio. As
estacas podem ser classificadas por diversas maneiras; o meio geotcnico
costuma classificar as estacas pelo material, mtodo executivo, processo de
transferncia de carga e inclinao.
Para este trabalho, de extrema relevncia o mtodo executivo
das estacas, visto que uma simples mudana no processo executivo provoca
significativas diferenas no comportamento mecnico da fundao.
3.4.3 Estacas Strauss
Segundo a NBR 6122/96, estacas Strauss so um tipo de
fundao profunda executada por perfurao atravs de balde sonda (piteira),
com uso parcial ou total de revestimento recupervel e posterior concretagem.
Consiste em uma estaca escavada que possui em sua
execuo a formao de bulbo de concreto na ponta da estaca e de pequenos
38
bulbos laterais ao longo do fuste, o que concedem estaca melhores
resultados de resistncia de ponta e lateral. Devido a esse mtodo executivo
apresenta-se como uma boa alternativa de fundao para edificaes de
pequeno e mdio porte.
3.4.4 Estacas apiloadas
A NBR 6122/96 define estaca apiloada por tipo de fundao
profunda executada por perfurao com emprego de soquete. A Norma ainda
apresenta ressalva explicativa de que as estacas apiloadas configuram um tipo
especial de estacas que no so cravadas e nem totalmente escavadas.
Seu mtodo executivo apresenta a abertura do fuste por
apiloamento do solo atravs da queda de um soquete de massa entre 300 e
600 kg, suspenso por cabo de ao. A queda do pilo induz o solo a
deslocamentos laterais e verticais para baixo, formando ao redor do fuste um
anel de solo compactado, que garante a estabilidade do furo (FERREIRA et al.,
1998).
Ainda segundo Ferreira et al. (1998), estacas apiloadas,
tambm conhecidas como estacas pilo ou soqueto, podem ser consideradas
estacas de deslocamento, pois seu processo executivo, como exposto acima,
no provoca a retirada do solo, por no ser escavado, mas sim, causa um
deslocamento do mesmo.
Apesar de as estacas apiloadas serem um tipo especial de
fundao, estando entre estacas escavadas e estacas cravadas, por seu
comportamento mecnico parece mais adequado classific-las como estacas
39
de deslocamento, visto que apresentam resistncia de ponta, o que
praticamente inexistente nas estacas escavadas.
3.5 Capacidade de carga
Capacidade de carga de uma fundao a carga que provoca
a ruptura do sistema (elemento estrutural e solo) e cujo valor limitado pela
resistncia do elemento estrutural (AOKI & CINTRA, 1999). Dois so os tipos
de ruptura que determinam a capacidade de carga de fundaes: a ruptura
fsica e a ruptura convencional.
A ruptura fsica est ligada runa de uma fundao de
maneira que os danos so irrecuperveis. Para a engenharia geotcnica, a
ruptura fsica do solo (Pu) corresponde a uma carga (P) que, ao sofrer pequeno
incremento, provoca recalques (r) excessivos no elemento de fundao.
Como na maioria das fundaes a ruptura fsica no acontece,
passa a ser de extrema relevncia a definio de ruptura convencional. A
ruptura convencional, segundo Dcourt (1998), mais bem definida pela
escola inglesa, que considera, para estacas, como sendo a carga que
corresponde a um recalque de 10% de seu dimetro (para estacas de seo
circular) ou de 10% do dimetro equivalente (Deq), para estacas de outra
geometria. O dimetro equivalente (Deq) dado por:
Deq = (4 A / )1/2 (3.1)
Por fim, a capacidade de carga (carga de ruptura) de uma
estaca definida como sendo o menor valor entre a resistncia estrutural do
40
material que compe o elemento estrutural de fundao e a resistncia do solo
que lhe d suporte.
Apesar de a capacidade de carga de uma fundao considerar
o menor dos dois valores apresentados acima, na grande maioria dos casos, o
fator determinante na capacidade de carga de uma fundao a resistncia do
solo que lhe d suporte. Atentando para esse fator, este trabalho vai dar maior
nfase ao ponto de vista geotcnico para determinao da capacidade de
carga da estaca. A NBR 6122/96 traz em seu item 7.8 algumas recomendaes
sobre a resistncia dos materiais empregados nos elementos estruturais de
fundaes.
3.5.1 Capacidade de carga do ponto de vista geotcnico
Para a Geotecnia, a capacidade de carga de um elemento
isolado de fundao (Pu) se d atravs da soma de duas parcelas.
Pu = Rl + Rp (3.2)
onde:
- Rl: resistncia lateral ao longo do fuste;
- Rp: resistncia de ponta.
A parcela da resistncia de ponta (Rp) definida como sendo o
produto da capacidade de carga do macio de solo que serve de apoio ao
elemento estrutural de fundao (r) pela rea da seo transversal da ponta
ou base do elemento (Ap).
Rp = r Ap (3.3)
41
J a parcela de resistncia lateral (Rl) expressa o produto do
atrito/adeso unitrio mdio do solo ao elemento estrutural de fundao (fs,md)
pela superfcie lateral do fuste do elemento (Sl).
Rl = fs,md Sl (3.4)
A NBR 6122/96 apresenta diversos mtodos de estimativa de
capacidade de carga (Pu) para fundaes profundas, os quais se encontram
citados a seguir:
- Mtodos estticos;
- Provas de carga;
- Mtodos dinmicos.
A prpria norma traz os mtodos estticos subdivididos em
mtodos tericos (clculos desenvolvidos atravs de teorias desenvolvidas
dentro da Mecnica dos Solos) e semi-empricos (clculos que utilizam
correlaes com ensaios in situ).
Algumas frmulas tericas foram desenvolvidas na Mecnica
dos Solos para estimativa de capacidade de carga, porm essas so restritas a
casos muito especficos de solos. Atentando para essa grande limitao das
formulaes tericas, diversos autores tm criticado sua utilizao e sugerido a
utilizao dos mtodos semi-empricos na determinao da capacidade de
carga de fundaes.
Dentre os mtodos semi-empricos para a determinao de
capacidade de carga em fundaes profundas, os mais empregados no Brasil
so: Aoki & Velloso (1975) e Dcourt & Quaresma (1978). Para o presente
trabalho, utilizou-se o mtodo de Dcourt & Quaresma (1978) na estimativa da
42
capacidade de carga das estacas, que se encontra descrito em um item
especfico posteriormente.
Sobre as provas de carga, a NBR 12.131/91 define que
consiste na aplicao de esforos estticos crescentes estaca e o registro
dos deslocamentos sofridos por ela. Segundo essa Norma, o objetivo da prova
de carga o de fornecer elementos que possibilitem avaliar o comportamento
da estaca atravs da curva carga versus recalque e que possam determinar a
sua capacidade de carga.
Alonso (1991) apresenta as provas de carga esttica como as
que se destacam como melhor procedimento de estimativa de capacidade de
carga para fundaes isoladas, especialmente para fundaes profundas.
Existe tambm prova de carga dinmica, facilmente encontrada
na literatura geotcnica, que busca obter a curva carga mobilizada versus
recalque dinmico mximo referente a uma srie de golpes de martelo com
energias crescentes.
Alm dos mtodos estticos e das provas de carga, os
mtodos dinmicos tambm so utilizados na estimativa de capacidade de
carga de fundaes profundas; basicamente, esses mtodos se assentam na
previso do comportamento do elemento de fundao submetido ao de
carregamento dinmico. Maiores detalhes sobre esses mtodos so
encontrados na NBR 6122/96.
43
3.6 Definio de recalque
A NBR 6122/96 apresenta trs tipos distintos de recalque: o
recalque total ou absoluto (r) do elemento isolado de fundao; o recalque
diferencial ou relativo () entre dois apoios vizinhos e o recalque diferencial
especfico ou distoro angular (/a), que corresponde ao movimento de
rotao que pode sofrer o elemento de fundao.
Os recalques diferenciais so os que despendem maior
ateno do meio tcnico, visto que so mais prejudicais s estruturas. Se em
uma obra acontecerem recalques absolutos de grandes propores e se esses
fossem de mesma magnitude em todos os elementos da fundao,
provavelmente o risco a estrutura da obra seria menor do que se ocorressem
recalques de grandes propores em apenas um elemento da fundao.
Contudo, os recalques absolutos so os que provocam os recalques
diferencias e os movimentos das edificaes.
O recalque absoluto (r) pode ser dividido em duas parcelas: a
do recalque de adensamento (rc) e a do recalque imediato (ri), ou seja:
r = rc + r i (3.5)
O recalque de adensamento, por sua vez, dividido em duas
parcelas: recalque de adensamento primrio (rcp) e o recalque de adensamento
secundrio (rcs). O recalque de adensamento primrio (rcp) acontece em solos
de baixa permeabilidade e saturados, quando as tenses atuantes so
superiores s de pr-adensamento e os recalques so provocados pela
reduo de volume do solo atravs da sada da gua. O recalque de
44
adensamento secundrio (rcs) ocorre aps cessar o primrio: o solo continua se
deformando sob ao da carga efetiva constante.
O recalque imediato (ri) apresenta uma deformao
tridimensional do elemento solo, ou seja, acontece um rearranjo da estrutura do
solo que altera sua forma sem que ocorra mudana de volume.
Nas provas de carga, os recalque monitorados so os
recalques imediatos sofridos pelo elemento de fundao; por isso, nesse
trabalho, o recalque analisado ser o recalque imediato, no sendo
considerada a parcela do recalque de adensamento no recalque total.
3.7 Carga admissvel e fatores de segurana em fundaes
Segundo a NBR 6122/96, a carga admissvel de uma fundao
definida como a fora aplicada sobre a fundao a qual provoca apenas
recalques que a construo pode suportar sem inconvenientes, oferecendo
simultaneamente a segurana satisfatria contra a ruptura e o escoamento do
solo ou do elemento estrutural da fundao.
Esses recalques, denominados recalques admissveis, so
sofridos pela fundao quando submetida carga admissvel e eles no
provocam danos estabilidade da estrutura.
A NBR 6122/96 adota conceitos de fatores de segurana global
ou parcial para a determinao da carga admissvel. Em se conhecendo as
diferentes aes que compem o carregamento, aplicam-se os fatores de
segurana parciais; caso contrrio, utiliza-se simplesmente o fator de
segurana global.
45
A segurana nas fundaes deve ser analisada atravs dos
estados-limite de utilizao (vrios so os estados limites de utilizao
definidos pela NBR 8681/03) e atravs dos estados-limite ltimos (perda de
capacidade de carga, instabilidade, por exemplos). Em obras correntes de
fundao, a anlise de segurana restringe-se verificao do estado limite-
ltimo de ruptura ou de deformao excessiva e o estado-limite de utilizao
caracterizado por deformao excessiva.
A verificao do estado limite ltimo consiste na determinao
da carga admissvel (Padm) a partir de um fator de segurana global (FSG)
aplicado ao valor mdio da capacidade de carga do solo (Pu).
A NBR 6122/96 prescreve valores mnimos para os fatores de
segurana global, sendo FS = 2,0 para casos de fundaes profundas sem
provas de carga; FSG = 1,6 para casos de obras com provas de carga
representativas; FSG = 1,5 para casos de cargas admissveis, definidas em
relao aos deslocamentos mximos; ou com fator de segurana indicado por
autores de mtodos tericos ou semi-empricos, respeitando, porm, o valor
mnimo de 2,0.
3.8 Estimativa de capacidade de carga de fundaes
Devido dificuldade de definio dos parmetros geotcnicos
do solo, o meio tcnico apresenta certa insegurana em relao s
formulaes tericas de previso de capacidade de carga; por esse motivo,
46
muitos autores tm sugerido mtodos semi-empricos para estimativa da
capacidade de carga em fundaes, mtodos baseados em correlaes
empricas de resultados de ensaios in situ.
Neste trabalho, para a estimativa da capacidade de carga das
fundaes, utilizaram-se dois mtodos bastante difundidos no meio geotcnico:
o mtodo de Dcourt & Quaresma (1978) e o mtodo de Aoki & Veloso (1975).
3.8.1 Mtodo semi-emprico de Dcourt & Quaresma (1978)
Esse mtodo considera a capacidade de carga da fundao
como a soma de duas parcelas, uma da ponta (Rp) e outra da resistncia
lateral (Rl). Dcourt (1996) recomenda a utilizao de fatores de correo para
as parcelas de resistncia de ponta () e resistncia lateral () para o mtodo
de Dcourt & Quaresma (1978), sendo ento a capacidade de carga das
estacas definida por:
Pu = pR + lR (3.6)
Os valores de e esto expressos nas Tabelas 3.1 e 3.2
respectivamente.
47
Tabela 3.1 - Valores do coeficiente em funo do tipo de estaca e do solo (DCOURT, 1996).
Tipo de solo
Tipo de estaca
Escavada
em geral
Escavada
(bentonita)
Hlice
contnua
Raiz
Injetada sob
altas
presses
Argilas 0,85 0,85 0,30 0,85 1,00
Solos
intermedirios
0,60
0,60
0,30
0,60
1,00
Areias 0,50 0,50 0,30 0,50 1,00
Tabela 3.2 - Valores do coeficiente em funo do tipo de estaca e do solo (DCOURT, 1996)
Tipo de solo
Tipo de estaca
Escavada
em geral
Escavada
(bentonita)
Hlice
contnua
Raiz
Injetada sob
altas
presses
Argilas 0,80 0,90 1,00 1,50 3,00
Solos
intermedirio
s
0,65
0,75
1,00
1,50
3,00
Areias 0,50 0,60 1,00 1,50 3,00
A parcela da capacidade de carga resistida pela ponta (Rp)
expressa por:
Rp = C Np Ap (3.7)
Sendo:
Ap = rea da ponta da estaca;
48
Np = valor mdio do ndice de resistncia penetrao na
ponta a partir de trs valores: o correspondente ao nvel da ponta, o
imediatamente anterior e o imediatamente posterior.
C = fator caracterstico do solo, apresentado na Tabela 3.3.
Tabela 3.3 - Fator caracterstico do solo C (Dcourt Quaresma, 1978) Tipo de solo C (kPa)
Argila 120
Silte argiloso 200
Silte arenoso 250
Areia 400
Fonte: Hachich, W. et al., 1996.
J a parcela devido resistncia lateral dada pela equao
3.8:
Rl = 10
+1
3lN Sl (3.8)
e
Sl = 2 R (L) (3.9)
Sendo:
L = comprimento da estaca;
R = raio da seo transversal da estaca;
49
Nl = valor mdio de ndice de resistncia penetrao SPT,
sendo considerados valores maiores que 3,0 e menores que 15,0, no se
admitindo valor de Nl < 3,0.
Para o mtodo de Dcout & Quaresma (1978), a carga
admissvel da estaca determinada atravs de fatores de segurana globais
de 1,3 e 4,0, referentes s parcelas de resistncia lateral e resistncia de
ponta, respectivamente. Vale lembrar que o fator de segurana global mnimo
da NBR 6122/96 de 2,0 sobre a capacidade de carga da estaca (Pu). As
expresses 3.10 e 3.11 apresentam as frmulas de clculo da carga admissvel
propostas pelo mtodo, sendo considerada a carga admissvel da fundao o
menor valor fornecido pelas expresses 3.10 e 3.11:
Padm = 30,1lR +
00,4pR (3.10)
Ou
Padm = Pu / 2 (3.11)
3.8.1 Mtodo semi-emprico de Aoki & Veloso (1975)
50
Segundo este mtodo, considera-se que a estaca esteja
apoiada na cota n do terreno; tem-se a resistncia de ponta (Rp) e a
resistncia lateral (Rl) dadas por:
Rp = rp.Ap (3.12)
Rl = U. ( ) n
l lr1
. (3.13)
Onde:
rp = capacidade de carga do solo na cota de apoio do elemento
estrutural de fundao;
Ap = rea da seo transversal da ponta;
rl = atrito lateral na camada de espessura l ;
U = permetro da seo transversal do fuste.
Os valore de rp e rl podem ser obtidos atravs da resistncia de
ponta (qc) e do atrito lateral unitrio (fc), obtidos atravs de ensaio de Cone
Penetration Test (CPT), sendo:
rp = 1F
qc (3.14)
rl = 2F
fc (3.15)
51
Os valores de F1 e F2 so propostos pelo mtodo e
apresentados na Tabela 3.4.
Tabela 3.4 - Coeficiente de transformao F1 e F2 (AOKI & VELLOSO, 1975) Tipo de estaca F1 F2
Franki 2,50 5,00
Metlica 1,75 3,50
Pr moldada 1,75 3,50
Fonte: Hachich, W. et al., 1996.
O mtodo tambm traz a relao entre F1 e F2, sendo que F2 =
2F1.
Para estacas pr-moldadas de pequeno dimetro, Aoki (1985)
fez nova formulao para os valores da tabela acima, sendo que o valor de F1
dado por:
F1 = 1+(D/0,8) (3.16)
Onde
D = dimetro da estaca em metros
Para estacas escavadas, foram propostos os seguintes valores
para F1 e F2, (ALONSO, 1991 e AOKI & ALONSO, 1992): F1 = 3,0 e F2 = 6,0.
52
Esse mtodo tambm nos permite obter fc em relao qc:
fc = cq. (3.17)
Tambm possvel corrigir o valor de qc quando se possuem
apenas resultados de N de ensaio SPT e no se tm resultados de CPT.
qc = K.N (3.18)
Os valores de e K esto apresentados na Tabela 3.5.
Tabela 3.5 - Coeficientes K e (AOKI & VELLOSO, 1975) Tipo de solo K (MPa) (%)
Areia 1,00 1,40
Areia siltosa 0,80 2,00
Areia silto argilosa 0,70 2,40
Areia argilosa 0,60 3,00
Areia argilo siltosa 0,50 2,80
Silte 0,40 3,00
Silte arenoso 0,55 2,20
Silte areno argiloso 0,45 2,80
Silte argiloso 0,23 3,40
Silte argilo arenoso 0,25 3,00
Argila 0,20 6,00
Argila arenosa 0,35 2,40
Argila areno siltosa 0,30 2,80
Argila siltosa 0,22 4,00
Argila silto arenosa 0,33 3,00
Fonte: Hachich, W. et al., 1996.
As equaes ento podem ser reescritas como:
53
rp = 1
.FNK p (3.19)
rl = 2F
NK l (3.20)
onde:
Np = o ndice de resistncia penetrao na cota de apoio da
fundao;
Nl = resistncia penetrao mdia na camada de solo de
espessura l .
Sendo Np e Nl obtidos atravs de furos de sondagem SPT.
Assim, temos que a capacidade de carga da fundao(Pu)
expressa por:
Pu = PP A
FNK
1
+ ( )lNKFU
l
n
12
(3.21)
E a capacidade de carga admissvel, segundo o mtodo, de:
Padm = Pu / 2 (3.22)
54
3.9 Critrios de extrapolao das curvas carga versus recalque
Segundo a NBR 6122/96, a capacidade de carga de um
elemento de fundao profunda, ensaiada em prova de carga, deve ser
considerada definida quando ocorrer ruptura ntida (ruptura fsica). Ainda
segundo a Norma, existem casos onde a prova de carga no indica uma carga
de ruptura ntida; isso ocorre quando:
1. No se pretende levar o elemento de fundao profunda a
ruptura ou;
2. Este elemento tem capacidade de resistir a cargas maiores
do que se pode aplicar na prova (por exemplo, por limitao
da reao) ou;
3. A estaca carregada at apresentar um recalque
considervel, mas a curva carga versus recalque no indica
uma carga de ruptura e sim um crescimento contnuo do
recalque com a carga.
A Norma recomenda que, para os dois primeiros, a curva carga
versus recalque deve ser extrapolada para se avaliar a carga de ruptura. A
extrapolao deve ser feita com o uso de critrios consagrados, sobre uma
curva de primeiro carregamento. Para o terceiro caso, a Norma apresenta a
possibilidade de se convencionar a carga de ruptura, utilizando para isso um
55
mtodo apresentado pela prpria NBR 6122/96 ou atravs de mtodos j
consagrados.
A seguir, apresentam-se os mtodos utilizados na extrapolao
das curvas carga versus recalque das provas de carga, para a obteno da
capacidade de carga (Pu) e da resistncia lateral (Rl) e de ponta (Rp).
3.9.1 Mtodo de Van der Veen (1953)
O mtodo de Van der Veen (1953) um dos mtodos mais
utilizados no Brasil para interpolao e extrapolao da curva carga versus
recalque. Segundo o autor, a curva representada pela expresso:
P = Pu ( 1 e r) (3.23)
Onde:
P e r so as coordenadas dos diversos pontos da curva carga
versus recalque; Pu a carga de ruptura que se pretende calcular e um
coeficiente que define a forma da curva. O valor de Pu corresponde
assinttica da equao 3.12, conforme mostra a Figura 3.5.
Rec
alqu
e
CargaP
r
Figura 3.5 Carga de ruptura segundo Van der Veen (1953)
56
A expresso 3.12 tambm pode ser definida como:
r = - ln (1 P / Pu) (3.24)
Portanto, o mtodo de Van der Veen consiste em determinar a
carga de ruptura (Pu) que conduz a melhor regresso linear pelos pontos
[r ; - ln (1 P / Pu)]. Aoki (1976), observando que, na maioria dos casos, o
trecho inicial da curva poderia ser desprezado na determinao da capacidade
de carga, sugeriu uma modificao na expresso 3.23 do mtodo para:
P = Pu ( 1 e ( r+b)) (3.25)
Com essa alterao no mtodo, a regresso ficou melhorada,
uma vez que a reta, quando plotada em escala semilogartmica, deixou de
passar obrigatoriamente pela origem e passou a interceptar o eixo dos
recalques em um ponto b.
3.9.2 Mtodo de Rigidez de Dcourt (1998)
Segundo Dcourt (1998), rigidez (Rig) definida como a
relao entre a carga aplicada (P) a uma fundao e o recalque (r)
correspondente:
Rig = P / r (3.26)
A aplicao desse mtodo se d com base no Grfico de
Rigidez (GR), plotando as cargas (P) obtidas nas provas de carga no eixo das
abscissas e as rigidezes associadas s cargas (Rig), no eixo das ordenadas.
importante observar que para determinao da capacidade de carga pelo
Grfico de Rigidez, a regresso linear deve considerar os pontos com valores
57
de P correspondentes a deformaes relativas inferiores a 2% do dimetro da
estaca (D) (DCOURT, 1998). Analisando o Grfico de Rigidez (GR) de
diferentes tipos de fundaes, o autor dividiu as fundaes em dois grupos de
comportamento distintos.
O primeiro grupo trata de fundaes que podem apresentar
ruptura fsica (estacas de deslocamento, por exemplo), o segundo grupo
composto por fundaes que no apresentam ruptura fsica (estacas
escavadas, por exemplo).
A maioria das fundaes apresenta caractersticas do segundo
grupo, ou seja, no possvel definir nitidamente uma ruptura fsica; pode-se
verificar apenas no GR desse grupo de estacas dois trechos distintos: um,
onde ocorre significativa reduo de rigidez com o aumento de carga e outro,
onde ocorre uma reduo da rigidez pouco significativa com o aumento de
carga; para esses casos, o Grfico de Rigidez utilizado para a determinao
da parcela de resistncia lateral (Rl).
Por outro lado, as fundaes que possuem ruptura fsica
(estacas de deslocamento, por exemplo) apresentam o Grfico de Rigidez
semelhante a uma reta, o que permite estimar de maneira mais adequada as
cargas de ruptura (Pu).
Nas Figuras 3.6 e 3.7 so apresentados os Grficos de Rigidez
dos dois grupos distintos.
58
Rig
idez
(kN
/ m
m)
Carga (kN) Carga (kN)
Rig
idez
(kN
/ m
m)
R l uP uP
Figura 3.6 Grfico Rigidez
Fundaes que no apresentam ruptura
fsica - Campos, 2005
Figura 3.7 Grfico Rigidez
Fundaes que apresentam ruptura fsica
- Campos, 2005
3.9.3 Mtodo de Brierley Modificado (MBM)
Dcourt (1998) afirma que a determinao da resistncia lateral
(Rl) de maneira precisa exige instrumentao da estaca que por razes
econmicas normalmente no realizada e, mesmo quando implementada,
freqentemente surge erro na interpretao dos dados, devido dificuldade de
separar a parcela de resistncia lateral (Rl) da parcela de resistncia de ponta
(Rp).
Em face a esse problema, Dcourt (2002) sugere a utilizao
do Mtodo de Brierley Modificado (MBM).
O MBM consiste na determinao da parcela de resistncia
lateral da estaca (Rl) a partir da curva carga versus recalque obtida da prova
de carga, aplicando-se uma regresso linear dos valores de recalque
compreendidos no intervalo definido entre 2 % e 4 % do dimetro da estaca. A
Figura 3.8 ilustra a aplicao do Mtodo de Brierley Modificado (MBM).
59
Carga (kN)
Rec
alqu
e (m
m)
2% D
4% D
R l
Figura 3.8 Mtodo do MBM para estimativa da resistncia lateral (Rl) Campos, 2005.
Dcourt (2002) afirma ainda que o MBM subestima o valor de
Rl; por esse motivo apresenta uma majorao do mtodo em 10 %, ou seja, o
valor a ser considerado seria de 1,1 (Rl).
Finalmente, para as fundaes que apresentam ruptura fsica
(Figura 3.7), o valor da parcela da resistncia de ponta (Rp) da estaca fica
definido como sendo o valor da capacidade de carga (Pu), encontrado pelo
Grfico de Rigidez, diminudo da parcela da resistncia lateral da estaca (Rl)
do mtodo MBM. J para o caso da Figura 3.6, deve-se extrair a mdia das
parcelas de resistncia lateral (Rl) obtida pelos mtodos MBM e Grfico de
Rigidez, sendo esse valor considerado como a capacidade de carga da
fundao.
60
3.10 Estacas apiloadas em solos colapsveis
3.10.1 Estacas apiloadas em solo colapsvel da cidade de Pederneiras/SP
Ferreira et al. (2004) avaliaram o comportamento de duas
estacas apiloadas (C1 e C2) de dimetro D = 32cm e comprimento L = 8,10m,
ensaiadas compresso para solo no saturado e para o solo previamente
inundado.
As estacas foram executadas no campo experimental de
Pederneiras/SP, cujo subsolo caracterstico constitudo de duas camadas
distintas de solo, separadas por uma fina camada de fragmentos de quartzo,
sendo a primeira camada formada por sedimentos inconsolidados e a segunda
composta por solo residual. A anlise de perfis de sondagem retrata a grande
variabilidade do solo, com predominncia de sedimentos arenosos, classificado
como areia fina argilosa fofa.
Cada estaca foi submetida a trs provas de carga estticas,
sendo as duas primeiras com solo no saturado e a terceira com solo
umedecido. A estaca C1 passou por um primeiro ensaio compresso do tipo
lento e os demais do tipo rpido, enquanto a estaca C2 foi submetida a trs
ensaios rpidos.
Os autores verificaram que a velocidade do ensaio teve pouca
influncia na capacidade de carga das estacas. A capacidade de carga para D
/10 e 25mm encontrada pelos autores foi de 755kN e 710kN, respectivamente.
Quanto ao ensaio das estacas com solo inundado, os autores
constataram que a reduo da capacidade de carga foi de 10 % para a estaca
61
C1 e de 5 % para a estaca C2, em relao aos resultados obtidos para o solo
no saturado.
3.10.2 Estacas apiloadas em solo calapsvel de Ilha Solteira/SP
O trabalho de Morais e Segantini (2002) apresenta os
resultados de seis provas de carga estticas, compresso, com
carregamento rpido, realizadas em trs estacas apiloadas, com comprimento
L = 4,5m e dimetro D = 20cm, executadas em solo colapsvel de Ilha
Solteira/SP.
Cada estaca foi ensaiada duas vezes, primeiramente com solo
no saturado e depois reensaiada em solo umedecido. Na cota de
assentamento das estacas colocou-se um elemento de EPS com espessura de
50mm e dimetro equivalente ao das estacas, para evitar assim a contribuio
da resistncia de ponta no incio do ensaio.
As provas de carga, para a condio de solo no saturado,
foram realizadas at recalques de 100mm, enquanto os reensaios com solo
umedecido foram levados at a ruptura.
Os autores afirmam que as trs curvas carga versus recalque
obtidas atravs dos ensaios com solo em sua condio no saturado,
apresentaram ponto de inflexo depois de transcorridos 50mm de recalque, ou
seja, aps o esmagamento do EPS. Somente aps esse recalque que a
ponta passa a contribuir na capacidade de carga das estacas. Os autores
tambm afirmam que no ponto de inflexo houve grande dificuldade em manter
a carga constante (ruptura por atrito lateral). Aps o esmagamento do EPS e o
62
comeo da contribuio da parcela da ponta, houve ganho de resistncia; o
ensaio prosseguiu at atingir novamente recalques considerveis e houve
dificulda