Estacas Pre Moldadas

285REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 57(4): 285-289, out. dez. 2004

Stélio Maia Menezes et al.

ResumoOs solos porosos arenosos colapsíveis ocorrem na

região central do Brasil, representando 5% da área dopaís. Esses coluviões porosos alcançam espessuras deaté 15 metros. Nesse trabalho, foram construídas estacaspré-moldadas de concreto, instrumentadas, especialmenteconfeccionadas para essa pesquisa. Essas estacas foramcravadas em solo arenoso de alta porosidade, colapsível,situado na região oeste do Estado de São Paulo. Diver-sas provas de carga axiais, estáticas, foram efetuadas emseis estacas (por ensaios de compressão, tração e carre-gamento horizontal). Foram realizados, ainda, ensaios ge-otécnicos laboratoriais e de campo nesses solos, com ointuito de melhor caracterizar o campo experimental estu-dado.

Palavras-chave: Estacas, provas de carga, solosporosos.

AbstractCollapsibles porous sands are found to a large

extent of Brazil, representing 5% of the country. In thelayers of those soils the thickness are of to 15 meters.Precast-concrete piles were build, with instrumentation,made to that research. The piles were drive in soil sandyporous collapsible, found in the state of São Paulo(Brazil). Vertical static load tests were made in six piles(compression, uplift forces and horizontal loading).There were performed field tests and laboratory insamples obtained from the subsoil, aiming geotechnicalcharacterization of the place.

Keywords: Piles, load test, porous soils.

Provas de carga em estacas pré-moldadasensaiadas em areias porosas

Stélio Maia MenezesEng. Civil, DSc., Professor Adjunto da UFLA, E-mail: [email protected]

Fabrício de Menezes Telo SampaioEng. Agrícola, MSc., UFLA

Kátia Daniela RibeiroEng. Agrícola, MSc., UFLA

David de CarvalhoEng. Civil, DSc., Professor Titular da UNICAMP

Engenharia Civil

REM: R. Esc. Minas, Ouro Preto, 57(4): 285-289, out. dez. 2004286

Provas de carga em estacas pré-moldadas ensaiadas em areias porosas

1. IntroduçãoAnalisou-se, nesse trabalho, o com-

portamento de estacas pré-moldadas,instrumentadas, submetidas a esforçosaxiais de tração, compressão e a carrega-mentos horizontais, por meio de provasde carga estáticas executadas em areiasporosas. As estacas (de concreto pro-tendido), pré-fabricadas especialmentepara esta pesquisa, apresentaram mate-riais característicos (aço com fyk =1500MPa e concreto com fck ≥ 35MPa),possuindo, ainda, os seguintes elementos:

• Bainha (chapa galvanizada) com diâ-metro de 40mm.

• Tirante (aço Dywidag normalizado ST85/100) com diâmetro de 32mm.

• Estacas-teste (17x17)cm2 com bainhae tirante.

• Estacas de reação (23x23)cm2 com ti-rante.

2. Caracterização dosolo em estudo

Com o intuito de realizar um estudosobre fundações por estacas, in situ, foiutilizado um campo experimental de fun-dações. Está situado no campus da FEIS/UNESP, em local cujo subsolo é caracte-rístico de várias cidades importante dointerior do Estado de São Paulo, sendorepresentativo dos solos arenosos de

alta porosidade, encontrados em todo ocentro-sul do Brasil. Nessa região, o solotem uma formação inicialmente coluvio-nar (até 11 metros), de areia fina poucoargilosa e, em seguida, uma camada desolo aluvionar (em torno de 6 metros).Esses coluviões, com elevada porosida-de, alcançam, em muitos locais, espes-suras de até 15 metros, sendo comumvalores de até 8 metros.

Em razão de sua estrutura muitoporosa, apresentam elevada compressi-bilidade, alta permeabilidade (k20=10-3cm/s),baixa resistência à penetração (SPT < 4golpes e QC < 2,5MPa), e pequena capa-cidade de carga (σADM < 50kPa), tendo,como principal característica, sua eleva-da colapsividade, quando inundado apóscarregamentos, observando-se colapsosde até 15%.

Devido à elevada colapsividade egrandes espessuras em que ocorrem es-ses solos, os mesmos constituem um gra-ve problema para a estabilidade e inte-gridade de obras civis, principalmente asde médio e pequeno porte, para as quaissoluções mitigadoras se tornam caras.No complexo de Urubupungá (região deilha Solteira), o enchimento de lagos deusinas hidrelétricas necessita ser ante-cedido de cuidadosos estudos, uma vezque é freqüente a interferência do lençolfreático com as pequenas construções,ou mesmo cidades inteiras, existentes àsbordas das bacias.

3. Material e métodosForam realizadas sondagens SPT

(com medição da resistência à penetra-ção do solo e do torque máximo do solo),CPT (com medições das resistências deponta, atrito lateral local e atrito lateraltotal do solo) e retirados blocos indefor-mados, nos quais se realizaram ensaiosclassificatórios e especiais no solo des-sa pesquisa. A Tabela 1 apresenta osresultados desses ensaios, enquanto aTabela 2 mostra os valores dos ensaiosSPT e CPT.

4. Instrumentaçãorealizada nas estacas

A instrumentação nas estacas, pararealização das provas de carga axiais,consistiu na colocação de straingauges, inseridos ao longo do fuste dasestacas, em cinco níveis diferentes deprofundidade. O primeiro nível esteve si-tuado próximo da cabeça da estaca, livredas camadas de solo, objetivando a de-terminação do valor do Módulo deYoung.

Já para a realização das provas decarga horizontais, a instrumentação nasestacas foi constituída por sensores ins-talados em oito níveis de profundidade,os quais mediram a sua inclinação - de-vida à aplicação de cargas transversaisno seu topo. Esses sensores, inseridos

Tabela 1 - Ensaios de caracterização e parâmetros de resistência.

Prof. LL LP ρ C φ

(m) (%) (%) (kN/m3) Argila Silte Areia Fina Areia Média (kPa) ( º)1,0 23 14 16,0 29 8 59 4 0,0 32,2

3,0 24 17 14,9 20 11 65 4 2,0 32,5

5,0 27 16 14,8 33 8 56 3 2,0 33,3

7,0 29 18 15,9 27 15 55 3 3,0 33,0

9,0 28 16 18,4 28 12 57 3 16,0 30,3

11,0 28 16 17,7 26 17 54 3 20,0 28,8

13,0 29 17 18,8 30 15 52 3 20,0 28,8

15,0 28 17 17,0 25 18 53 4 17,0 30,1LL = limite de liquidez, LP = limite de plasticidade, c = coesão (efetiva), φ = ângulo de atrito (efetivo)ρ = massa específica do solo

Granulometria (%)



no interior das bainhas, foram posterior-mente recuperados - após o ensaio - eutilizados nas demais estacas. A moni-toração automática e contínua de incli-nações em profundidade das estacas foiobtida através do sistema de mini-incli-nômetros ou sistema Clipper. Esse apa-relho consta de uma série de medidoresde rotação instalados permanentemen-te, possuindo sensores de nível líquido.

5. Provas de cargaaxiais

Seis provas de carga, três à tração(estacas 1, 2 e 3) e três à compressão(estacas 4, 5 e 6), foram realizadas ao lon-go dessa pesquisa. Essas provas de car-ga (lentas) foram conduzidas de acordocom a Norma Brasileira (NBR-12131/97).Foram, também, realizadas duas outrasprovas de carga (uma à tração e outra àcompressão) com inundação do solo.Para tanto, foi aberta uma cava no terre-no em torno da estaca, de 60cm de pro-fundidade e área de (1,0x1,0)m2. Em se-guida, esquematizou-se uma pré-inunda-ção do solo, com vazão controlada. Otempo de inundação do solo foi de 72horas e observaram-se médias de vazãod´água de 0,5m3/h. Os resultados des-ses ensaios são apresentados nas Figu-ras 1 e 2.

6. Provas de cargahorizontais

Foram executadas três provas decarga horizontais nas mesmas estacasdas provas de carga axiais. As provasde carga horizontais foram do tipo lenta(SML), observando-se os procedimen-tos conforme a MB-3472/91. A aplica-ção das cargas foi efetuada próxima abase do bloco - ao nível do terreno, mes-mo nível dos extensômetros. Os ensaiosforam efetuados em três estacas (7, 8 e9). Aplicaram-se incrementos de cargade 0,5kN e 1,0kN - a cada 5 minutos -,sendo feita uma esquematização de rea-ção em que duas estacas empurravam aestaca-teste - por intermédio de um ti-rante (perfil metálico). Completando o

Tabela 2 - Resultados dos ensaios de penetração SPT, SPT-T e CPT.

Figura 1 - Carga x recalque (estacas de tração 1, 2 e 3).

0

10

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40

50

0 10 20 30 40 50 60 70CARGA (kN)

REC

ALQ

UE

(mm

)

ESTACA 1 (INUNDADA)

ESTACA 1

ESTACA 2

ESTACA 3

Figura 2 - Carga x recalque (estacas de compressão 4, 5 e 6).

0

20

40

60

0 50 100 150 200 250 300CARGA (kN)

REC

ALQ

UE

(mm

)

ESTACA 4 (INUNDADA)

ESTACA 4

ESTACA 5

ESTACA 6

Profundidade N T QC ALL ALT

(m) - (N.m) (MPa) (kPa) (kN)1,0 6 32 4,7 60,7 3,7

3,0 2 13 1,9 40,6 3,5

5,0 4 31 3,4 66,3 4,3

7,0 6 31 4,5 99,6 11,3

9,0 7 45 4,8 114,0 17,5

11,0 9 78 6,8 228,4 16,3

13,0 10 82 6,7 314,5 28,2

15,0 10 54 6,9 269,1 32,3N = número de golpes, obtido ensaio SPT.T = momento torsor máximo, obtido do SPT-T.QC = resistência de ponta, obtido do ensaio CPT.ALL = atrito lateral local, obtido do ensaio CPT.ALT = atrito lateral total, obtido do ensaio CPT.

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Provas de carga em estacas pré-moldadas ensaiadas em areias porosas

comprimento do tirante, entre a viga e aestaca-teste, instalou-se um macaco hi-dráulico. Os descarregamentos realiza-ram-se em quatro estágios proporcio-nais. Para cada estaca utilizou-se umametodologia diferente de execução deensaio.

Para o ensaio na estaca 7, foi im-posta à mesma um deslocamento hori-zontal - em nível do terreno - de 30mm,para incrementos de carga de 0,5kN.

Já na estaca 8, foram realizados trêsciclos de carregamentos, com incremen-tos de 1,0kN, junto ao seu topo (Figura3). No primeiro ciclo, efetuaram-se carre-gamentos que mobilizaram a estaca hori-zontalmente em até 20mm, para, em se-guida, após o seu descarregamento, apli-car-se um segundo ciclo de mais 20mm.Após a realização dos dois ciclos inici-ais, foi efetuada uma escavação(1,5x1,5x1,5)m3 no solo, ao redor da esta-ca, para, em seguida, executar-se umacompactação do mesmo, em 9 camadas,até o nível do terreno anteriormente exis-tente. Em seguida, procedeu-se a rotinapara a realização do terceiro ciclo de car-regamento - com o solo compactado(grau de compactação igual a 94%). Paraesse ciclo, levou-se a estaca até deslo-camento horizontal de 20mm.

Com relação à estaca 9, foram reali-zados três ciclos de carga (com acrésci-mos de 1,0kN) junto ao seu topo (Figura4), sendo que os dois primeiros foram re-alizados com o solo em seu estado natu-ral e o terceiro, com um pré-inundamentodo terreno. Nos ciclos iniciais, levou-se aestaca a dois deslocamentos de 20mm.

Após a realização desses ciclos, foiaberta uma pequena cava no terreno (su-ficiente para manter uma lâmina d´águacom 10cm de altura), em torno do topoda estaca e efetuados quatros furos atrado (com 10cm de diâmetro) - nas ex-tremidades da mesma - de 1,5m de pro-fundidade. Em seqüência, iniciou-se ainundação do terreno por um período de63 horas (com vazão de 0,5m3/h). Decor-rido esse período, iniciou-se o terceirociclo de carga, levando o mesmo até umdeslocamento horizontal de 35mm.

7. Resultados ediscussão

Os valores de cargas máximas fo-ram extremamente baixos nas estacasensaiadas à tração (Tabela 3). Esses re-sultados, em comparação com as esta-cas escavadas, indicam que as estacaspré-moldadas não apresentam bons re-sultados de atrito lateral para o solo pes-quisado. A Tabela 4 mostra que as esta-cas pré-moldadas utilizadas nessa pes-quisa, submetidas a provas de carga àcompressão, tiveram valores de cargassuperiores àquelas ensaiadas por tração.

Os atritos laterais, determinadospelos métodos analíticos, mostraram-sebastante coerentes para as estacas decompressão e divergentes para as esta-

Figura 4 - Provas de carga horizontais (estaca 9).

0

5

10

15

20

25

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35

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0 5 10 15 20 25 30

CARGA HORIZONTAL (kN)

DES

LOC

AMEN

TO H

OR

IZO

NTA

L (m

m)

1º CARREGAMENTO2º CARREGAMENTO

3º CARREG. (SOLO INUNDADO)

cas de tração (Tabelas 5 e 6). Essas aná-lises confirmam que os atritos lateraisnão apresentam bons resultados parauso das fórmulas analíticas nesse tipode estaca. Com relação aos carregamen-tos horizontais, foi calculado o valor docoeficiente de reação do solo (Tabela 7),utilizando-se a expressão proposta porAlizadeh e Davisson (1970). Esses re-sultados foram determinados para umintervalo de deslocamentos compreen-didos entre 6,0 e 12,0mm. Esse valor estáabaixo do indicado por Davisson (1963)para areias fofas (ηH = 2600kN/m3), po-rém superior ao encontrado por Miguel(1996) para as estacas tipo “apiloadas”(ηH = 300kN/m3) e para as estacas esca-vadas (ηH = 650kN/m3), executadas emsolos semelhantes.

Figura 3 - Provas de carga horizontais (estaca 8).

0

5

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35

40

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45CARGA HORIZONTAL (kN)

DES

LOC

AMEN

TO H

OR

IZO

NTA

L (m

m)

1º CARREGAMENTO

2º CARREGAMENTO

3º CARREG. (SOLO COMPACTADO)



Tabela 3 - Provas de carga à tração realizadas.

Tabela 4 - Provas de carga à compressão realizadas.

Tabela 5 - Valores à tração por métodos analíticos.

Tabela 6 - Valores à compressão por métodos analíticos.

Tabela 7 - Valores de ηH (para o intervalo entre 6 e 12mm).

8. ConclusõesO efeito de inundação do terreno,

em torno da cabeça da estaca, duranteas primeiras 48 horas, causou a perda de50% do atrito lateral nos 8 metros inici-ais de profundidade do solo.

Já a inundação superficial do terre-no, para os ensaios de carregamentohorizontal, reduziu o valor do coeficien-te de reação horizontal do solo (ηH) em35%. Esse coeficiente, determinado atra-vés da expressão de Alizadeh e Davis-son (1963), teve um valor médio de1313kN/m3. Isto indica a cautela que sedeve ter na utilização desses valores,principalmente devido aos mesmos se-rem muito influenciados pelo solo su-perficial, o qual é sujeito a variações deumidade e grau de compactação, devidoà ação de agentes externos.

As medidas de inclinações em pro-fundidade do solo indicaram movimen-tações de até 2 metros de profundidade,o que corresponde cerca de 12 vezes olado (0,17m) da estaca.

ReferênciasbibliográficasALIZADEH, M., DAVISSON, M. T. Lateral

load tests on piles-arkansas river project,Journal of Geotechnical Engineering,ASCE, v. 96, NºSM5, p.1583-1604, 1970.

CARVALHO, D. Análise de cargas últimas atração de estacas escavadas, instrumentadas,em Campo Experimental de São Carlos-SP. EESC-USP, 1991. (Tese de Doutorado).

DAVISSON, M. T. Estimating buckling loadfor piles. In: PANAMERICANCONFERENCE ON SOIL MECHANICSAND FOUNDATION ENGINEERING, 2,São Paulo, 1963. Proceedings...

MATLOCK, H., REESE, L. C. Foundationanalysis of off-shore pile supportedstructures. IN: INTERNATIONALCONFERENCE ON SOIL MECHANICSAND FOUNDATION ENGINEERING, 5,Paris, 1961. Proceedings...

MENEZES, S. M. Análise do comportamentode estacas pré-moldadas em solo de altaporosidade do interior do Estado de SãoPaulo. EPUSP, 1997. (Tese de Doutorado).

MIGUEL, M. G. Execução e análise de provasde carga horizontal em estacas em solocolapsível. EESC-USP, 1996. (Tese deMestrado).

Artigo recebido em 02/06/2003 eaprovado em 03/11/2004.

Estaca Condições do solo Carga máxima (kN)

1 Inundado 54

1 Sem inundação 65



Estaca Condições do solo Carga máxima (kN)

4 Inundado 200




Autor Carga lateral (kn) Carga máxima (kN)

DAS 224 246

Grenoble 366 378

Método Carga lateral (kn) Carga máxima (kN)

Zeevaert-Kédzi 248 373

Poulos-Davis 243 307

Estaca1º Carregamento

ηH (kN/m3)2º Carregamento

ηH (kN/m3)3º Carregamento

ηH (kN/m3)

7 1444 - -

8 1275 509 4069 (*)

9 1221 597 852 (**)

Média (ηH) 1313 553 -(*) Solo compacto em 9 camadas.(**) Solo pré-inundado por 63 horas.

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