CAPTULO 6 MELHORAMENTO DE TERRENOS ARENOSOS

Alexandre Duarte Gusmo Universidade de Pernambuco e CEFET/PE

gusmao.alex@ig.com.br

6.1. HISTRICO

A cidades do nordeste do Brasil, especialmente as capitais, tm experimentado um expressivo crescimento do setor imobilirio nos ltimos 25 anos. A valorizao dos espaos urbanos e a presso imobiliria tm verticalizado as construes nestas cidades, que so geralmente assentes sobre sedimentos recentes no consolidados. Alm disso, algumas cidades possuem subsolos reconhecidamente complexos do ponto de vista geotcnico, como o caso do Recife (GUSMO FILHO et al., 1998).

Neste contexto geolgico, o subsolo tpico muito variado, o que aumenta a importncia da prospeco geotcnica para projetos de fundaes, bem como ensaios de laboratrio em amostras de solo, ensaios de campo e provas de carga. Alm destas medidas, a prtica do monitoramento de prdios para o acompanhamento dos recalques ao longo da construo tem sido implementada com resultados bastante satisfatrios (GUSMO FILHO et al., 1999; GUSMO et al., 2000a, 2000b, 2003; SOARES e SOARES, 2002; LUCENA, 2003).

Por tudo isto, a prtica atual de fundaes no nordeste fortemente direcionada pelas caractersticas geolgico-geotcnicas do subsolo, ainda que outros fatores influenciem na escolha e sejam, assim, encontrados diversos tipos de fundao nas cidades (GUSMO FILHO, 1998).

As areias mais superficiais so freqentemente encontradas com granulometria mdia a fina, normalmente siltosas a pouco siltosas, e de compacidade fofa a pouco compacta, com a espessura podendo ser bastante varivel. Estes depsitos tm sido considerados apropriados para a execuo de tcnicas de melhoramento com estacas de compactao, elevando a resistncia do solo e reduzindo o nvel de deformabilidade dos mesmos.

A implantao da soluo de melhoramento da camada superficial atravs de estacas de compactao pode viabilizar o uso de fundaes superficiais, e reduzir de forma significativa os custos da fundao. O melhoramento possibilita uma elevao da taxa de trabalho do terreno, permitindo uma substancial diminuio nos volumes de escavao e de concreto das fundaes projetadas (GUSMO FILHO, 1998). O objetivo de melhorar a camada arenosa superficial assegurar estabilidade fundao e evitar recalques excessivos que possam trazer danos obra.

Existem vrias tcnicas para o melhoramento de terrenos arenosos, entre as quais as estacas de compactao. Essa tcnica tem sido bastante utilizada em vrias cidades nordestinas, tais como Recife, Joo Pessoa, Aracaju, Natal. Em Joo Pessoa, 90% das obras de fundaes tm sido projetadas em sapatas com melhoramento prvio do solo, atravs da tcnica de compactao com estacas de areia e brita (PASSOS, 2001).

A tcnica vem sendo utilizada com sucesso em Recife desde a Dcada de 70. Neste particular, h que se reconhecer a importncia do brilhante Engenheiro Dirceu Pereira, fundador da COPEF Fundaes Ltda, que introduziu a tcnica na regio, e comeou a projetar e executar as estacas de compactao com base em relaes empricas e na prpria experincia acumulada, no havendo, portanto, normalizao de procedimentos.

Para se ter uma idia da evoluo nesses mais de 30 anos, os primeiros prdios eram projetados com taxas de trabalho de 250 kPa, enquanto hoje j h prdios com mais de 30 pavimentos e taxas de at 700 kPa. Atualmente h vrias empresas no nordeste que executam este tipo de melhoramento.

6.2. TIPOS DE MELHORAMENTO MITCHELL (1968) apresentou um resumo da aplicabilidade de diversas tcnicas de

melhoramento, em funo da granulometria dos solos (Figura 6.1). Observa-se que as estacas de compactao tm aplicao restrita aos solos granulares.

De fato, GUSMO FILHO e GUSMO (2000) mostraram que a presena de finos inibe a compactao do solo.

6.2.1. Estacas de Areia e Brita

O processo de melhorar as camadas superficiais com estacas de areia e brita visa elevar

a compacidade proporcionando uma melhoria da resistncia do solo, em conjunto com a reduo do nvel de deformabilidade, vez que a camada melhorada apresenta uma grande rigidez.

O objetivo da tcnica densificar o solo atravs de trs efeitos: (i) introduo de material compactado no terreno; (ii) deslocamento do material do terreno igual ao volume do tubo introduzido e (iii) o efeito de vibrao decorrente do processo de cravao dinmica. Todavia, esta tcnica apresenta algumas limitaes, dentre elas a diminuio da sua eficincia quando existe uma excessiva presena de finos no solo, geralmente caracterizada pela percentagem de solo que passa na peneira N 200.

Figura 6.1 Melhoramento versus granulometria do solo (MITCHELL, 1968).

Execuo

Aps a colocao do tubo em prumo sobre o piquete, o processo da tcnica executiva de uma estaca consiste nas seguintes operaes (Fig. 6.2):

Cravao dinmica de um tubo metlico com uma bucha seca na ponta, at profundidade especificada. O volume da bucha deve ser definido pelo executor, tomando-se por base uma altura de bucha seca equivalente a uma vez e meia o dimetro do tubo.

A bucha ento expulsa, e so introduzidas a areia e a brita no tubo. Este material compactado devido queda livre do pilo, at que seja atingida uma densificao limite.

O tubo levantado, e feita a compactao de um novo trecho, at ser atingida a superfcie do terreno.

Equipamentos e Materiais

O equipamento bsico utilizado um trip com pilo de 13 a 18 kN, caindo de uma altura livre de 3 a 5 m, e tubo com dimetro interno de 300 mm e comprimento de at 5 m. Outro equipamento tambm utilizado um bate estacas tipo Franki de menor porte, com pilo entre 15 e 25 kN de peso e altura de queda de 3 a 7 m.

A sua produtividade pode variar bastante em funo da resistncia inicial do terreno, comprimento da estaca, peso do pilo, manuteno do equipamento, entre outros. Pode-se, no entanto, admitir uma variao entre 30 e 90 m/dia.

Vale salientar que um fator importante na eficincia do melhoramento a energia de compactao do equipamento. O aumento da energia conduz a uma maior eficincia do melhoramento. Contudo, o equipamento mais pesado tem sido pouco utilizado, devido excessiva vibrao durante a cravao das estacas, que pode causar danos em obras vizinhas.

O material utilizado uma mistura de p-de-pedra lavado (Figura 6.3), com brita 50 ou 75 mm. O trao tpico em volume de 3: 1 (p-de-pedra : brita). O uso de p-de-pedra, ao invs de areia, se d em funo de seu menor custo. Normalmente as estacas so executadas nos vrtices de uma malha quadrada com 90 cm de lado. A malha deve se estender uma ou duas linhas alm da projeo da rea da edificao. Para fins de anteprojetos, pode-se tomar uma quantidade de 1,5 a 2,5 estacas por m2 de rea da lmina do prdio. O preo tpico de US$ 10 por metro, mais uma taxa de mobilizao da ordem de US$ 1000 por equipamento.

Figura 6.2 - Processo executivo de estaca de compactao de areia e brita

(GUSMO FILHO e GUSMO, 1990).

0.001 0.010 0.100 1.000 10.000

DIMETRO (mm)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100P

ER

CE

NT

AG

EM

QU

E P

ASS

AARGILA SILTE

AREIA

GROSSAFINA MDIAPEDREGULHO

AMOSTRA

OBRA 1

OBRA 2

OBRA 3

Figura 6.3 Distribuio granulomtrica das amostras de p-de-pedra (GUSMO et al., 2002).

6.2.2. Estacas de Argamassa

A tcnica de melhoramento atravs de estacas de argamassa uma variante do uso de estacas de areia e brita, e foi desenvolvida em virtude das difceis condies do subsolo do Recife. O processo apresenta uma concepo inovadora para projetos de fundaes, tendo conseguido pleno xito de segurana e custo.

O processo de melhoramento de solos, conhecido como estacas de argamassa, na verdade se trata de uma estaca constituda de concreto simples. O seu emprego determinado em funo da granulometria do terreno superficial e da presena de camadas argilosas moles superficiais, que devem ser ultrapassadas para reduo de recalques. A sua concepo semelhante a das estacas T, que tm sido estudadas pelo Engenheiro Luciano Dcourt.

Execuo

Aps a colocao do tubo em prumo sobre o piquete, a execuo da estaca deve seguir as seguintes operaes:

Cravar o tubo pelo processo de bucha seca at a profundidade de abertura de base. O volume da bucha deve ser definido pelo executor, tomando-se por base uma altura de bucha seca equivalente a uma vez e meia o dimetro do tubo (cerca de 32 litros de brita 38 mm) para um tubo de 300 mm.

Deve-se medir a nega ao final da cravao do tubo para 10 golpes do pilo, com altura de queda de 1 m.

A base da estaca deve ser aberta com volume usual de 105 litros, e compactao da base tal que seja introduzida com uma energia mnima de 1.750 kN.m.

O fuste da estaca deve ser concretado at o nvel do terreno.

Equipamentos e Materiais

O equipamento utilizado para a execuo das estacas de argamassa o mesmo das estacas de areia e brita.

O preparo do concreto deve ser realizado em uma betoneira com capacidade de rodar preferencialmente um trao inteiro. O concreto utilizado, devido grande energia de apiloamento, tem caractersticas prprias, devendo ter um fator gua cimento variando de 0,25 a 0,30 com o trao usual em volume de 1 : 8 : 4 (cimento : p-de-pedra ou areia : brita 38 mm). Este trao geralmente conduz a um fc28 superior a 5 MPa (Fig. 6.4).

Neste caso, as estacas so executadas nos vrtices de uma malha quadrada com 80 cm de lado sob a projeo da sapata. O espaamento das estacas define a geometria da sapata, a qual deve ter todas as estacas contidas na sua projeo, transmitindo uma tenso total menor do que a admissvel do solo.

Para fins de anteprojetos, pode-se tomar uma quantidade entre 0,75 e 1,5 estacas por m2 de rea da lmina do prdio. O preo tpico de US$ 13 por metro, mais uma taxa de mobilizao da ordem de US$ 1000 por equipamento.

A Tabela 6.1 apresenta um resumo das principais caractersticas das estacas de areia e brita e das estacas de argamassa.

6.3. FATORES INFLUENTES NO MELHORAMENTO

Dentre os fatores influentes na eficincia do melhoramento com estacas de compactao, destacam-se: compacidade inicial do solo, granulometria, energia de compactao e espaamento entre as estacas.

A figura 6.5 mostra a variao do fator de melhoramento (K), definido pela relao entre o NSPT antes (Ni) e aps (Nf) o melhoramento, com o valor de Ni. Esto plotados pontos de mais de 20 diferentes obras, sendo, portanto, bastante representativo da experincia do Recife.

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00

DEFORMAO AXIAL (%)

0.00

4.00

8.00

12.00

TEN

S

O (

MP

a)

AMOSTRA

CP-1

CP-2

CP-3

CP-4

Figura 6.4 Curvas tenso-deformao obtidas em ensaios de compresso axial simples sob carregamento esttico

(PACHECO, 2002).

Tabela 6.1 Caractersticas das Estacas de Compactao. Caractersticas Estacas de

Areia e Brita Estacas de Argamassa

Dimetro - 300 a 400 mm. - 300 a 400 mm. Comprimento usual - 4 a 6 m. - 4 a 7 m

Materiais - Areia grossa (ou p-de-pedra) e brita 50 mm, no trao de 3 : 1 em volume.

- Cimento, areia grossa (ou p-de-pedra) e brita 38 mm, no trao de 1: 8 : 4 em volume.

Espaamento da malha - 90 a 110 cm, sendo que a malha executada em toda a lmina do prdio, estendendo-se uma ou duas filas alm da projeo das sapatas.

- 80 a 90 cm, sendo que a malha executada apenas na projeo da sapata.

Base - normalmente no h. - 70 a 140 litros No. de estacas - 2 a 2,5 estacas por m2 de rea

da lmina do prdio. - 0,75 a 1,5 estacas por m2 de rea da lmina do prdio.

Custos - Mobilizao: US$ 1000 - Execuo: US$ 10 / metro

- Mobilizao: US$ 1000 - Execuo: US$ 13 / metro

Produtividade - 30 a 90 m de estacas / dia por equipamento.

- 30 a 60 m de estacas / dia por equipamento.

Observa-se claramente que o fator K diminui medida que a compacidade inicial do solo aumenta, e que a maior parte dos pontos se situa um uma faixa bem definida. Observa-se, tambm, que h um limite de compactao, ou seja, para solos com Ni entre20 e 25, o valor de K prximo da unidade, e o melhoramento no apresenta eficincia. Este grfico tem sido bastante utilizado em anteprojetos de fundaes de edificaes no Recife e em outras capitais nordestinas.

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00N-SPT INICIAL (Ni)

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

FA

TO

R D

E M

ELH

OR

AM

EN

TO

(K

= N

f / N

i) E = 39 kN.m

Figura 6.5 Efeito da compacidade inicial do solo no melhoramento (GUSMO FILHO e GUSMO, 2000).

Diversos pesquisadores tm mostrado que a presena de finos reduz sensivelmente a eficincia do melhoramento (MITCHELL, 1968; GUSMO FILHO e GUSMO, 1990). A presena de solo coesivo, ou de uma frao de finos no solo a compactar, cria reao s vibraes impostas ao terreno. H um maior efeito de amortecimento nos solos finos sobre as vibraes horizontais induzidas, reduzindo bastante a eficincia do melhoramento, como pode ser observado na Figura 6.6.

Um outro fator importante na eficincia do melhoramento a energia de compactao do equipamento. O aumento da energia de compactao leva a uma maior eficincia do melhoramento. H, no entanto, um limite de compactao, a partir do qual a energia no mais influencia o melhoramento.

GUSMO FILHO e GUSMO (2000) mostraram o caso de uma obra em que o melhoramento foi feito utilizando-se um bate estacas Franki com um pilo de 25 kN caindo de uma altura de queda de 5 m, ou seja, uma energia de 125 kN.m (cerca de 3 vezes o valor usual). Foram executadas cerca de 400 estacas de areia de 520 mm de dimetro e 4 m de comprimento. A Figura 6.7 mostra a comparao da curva K versus Ni desta obra com outra feita com energia usual. Observa-se, como era esperado, que os pontos correspondentes maior energia de compactao apresentam uma maior eficincia no melhoramento em comparao com a menor energia.

A Figura 6.8 mostra os resultados de ensaios de SPT realizados a diferentes distncias de um grupo de estacas de compactao de 300 mm dimetro. Observa-se que a execuo de uma estaca promove a compactao do solo circundante em um raio de influncia da ordem de 2 a 2,5 vezes o dimetro da estaca. Tem-se, portanto, que o espaamento da malha de melhoramento deveria ser de 4 a 5 vezes o dimetro da estaca.

Na prtica, os projetos tm sido desenvolvidos para uma malha quadrada com lado igual a 3 a 4 vezes o dimetro da estaca. Alm disso, a malha deve cobrir toda a rea de projeo da lmina da edificao, estendendo-se mais uma ou duas fileiras de estacas alm da projeo das sapatas.

0.00 4.00 8.00 12.00 16.00N-SPT INICIAL (Ni)

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

FA

TO

R D

E M

ELH

OR

AM

EN

TO

(K

= N

f / N

i)

TIPO DE SOLO

AREIA PURA

AREIA ARGILOSA

Figura 6.6 Efeito da granulometria do solo no melhoramento (GUSMO FILHO e GUSMO, 2000).

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00N-SPT INICIAL (Ni)

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

FA

TO

R D

E M

ELH

OR

AM

EN

TO

(K

= N

f / N

i)

ENERGIA

E = 39 kN.m

E = 125 kN.m

Figura 6.7 Efeito da energia de compactao no melhoramento (GUSMO FILHO e GUSMO, 2000).

Figura 6.8 Influncia da distncia lateral no melhoramento

(GUSMO FILHO e GUSMO, 2000).

1.00

3.00

5.00

7.00

0.00

2.00

4.00

6.00

PR

OF

UN

DID

AD

E (

m)

SONDAGEM

F1 (ANTES)

F2

F3

F4

F5

0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00

N-SPT

F5 F4 F3 F2

F1ESTACAS DE

COMPACTAO

0 1 m

6.4. ASPECTOS DE PROJETO Estacas de Areia e Brita

Na fase de projeto de uma soluo de compactao com estacas de areia e brita, GUSMO FILHO e GUSMO (1994) sugerem levar em conta os seguintes aspectos: A malha do estaqueamento deve ser quadrada com lado da ordem de 3 vezes o

dimetro da estaca. A malha projetada deve cobrir toda a rea da projeo da lmina do prdio,

estendendo-se uma ou duas filas de estacas alm dos limites da projeo das sapatas, visando cobrir regies influenciadas pelo espraiamento das presses (Fig. 6.9).

O comprimento da estaca deve ser adotado em funo, entre outros fatores, da variao da compacidade da camada (ou densidade relativa da areia) com a profundidade e da estrutura projetada. Normalmente varia de 4 a 6 m.

MITCHELL (1968) props uma faixa ideal para o melhoramento por vibrao, caracterizada por uma percentagem de finos inferior a 20%. Sugere-se, em princpio, que as estacas de areia e brita no sejam utilizadas em terrenos com teor de finos superior a esta percentagem.

Quanto maior a compacidade inicial do solo, menor ser o efeito do melhoramento. Para camadas com NSPT inicial superior a 20, verifica-se, para a energia de compactao utilizada no Recife (E = 39 kN.m), que o efeito de compactao praticamente desprezvel.

Um fator importante observado em praticamente todas as obras, que o melhoramento apresenta uma baixa eficincia at 1,5 m de profundidade, em funo da falta de confinamento do solo prximo superfcie. Deve-se, portanto, deixar as sapatas com um embutimento mnimo de 1,5 m em relao superfcie melhorada.

Figura 6.9 Exemplo de malha de compactao com estacas de areia e brita (PACHECO, 2002).

Apesar da grande quantidade de informaes sobre o NSPT antes e aps o melhoramento, h poucos dados disponveis que permitam a avaliao do desempenho da obra, tais como ensaios de placa, medies de recalque, etc. Isto tem dificultado uma maior compreenso dos efeitos do melhoramento.

Em relao capacidade de carga, as estacas de compactao promovem um significativo aumento da capacidade de carga das sapatas. GUSMO FILHO e GUSMO (1994) apresentaram resultados de retro-anlises em ensaios de placa realizados aps a compactao. Os resultados mostraram que o ngulo de atrito pode ser tomado igual a 40. Em funo disto, as sapatas tm sido projetadas com taxa de trabalho entre 400 e 600 kPa para cargas permanentes.

Os autores mostraram tambm que o mtodo de clculo de recalques em solos granulares proposto por PARRY (1978) conduziu a uma satisfatria previso para taxas de trabalho de 400 kPa.

No caso do clculo do recalque de camadas argilosas em profundidade, o acrscimo de tenses na camada compressvel normalmente calculado atravs da formulao de Boussinesq, ou seja, assumindo-se a hiptese do macio ser homogneo. A presena de uma camada superficial significativamente mais rgida (Fig. 6.10), faz com que as tenses transmitidas s camadas subjacentes sejam menores que no caso do macio ser homogneo. Para o caso de melhoramento de solo no Recife, tm-se como valores tpicos (E1 / E2) = 10 e (B / H) = 3.

GUSMO FILHO e GUSMO (2000) apresentaram a Tabela 6.2, que mostra a variao do coeficiente redutor das presses (Kred), definido pela relao entre o acrscimo de tenso vertical, na linha do cento da sapata, para o macio heterogneo (E1 / E2) = 10. Os resultados foram obtidos a partir de uma anlise numrica para os casos de sapata circular e corrida. H uma reduo de presso transmitida na interface das camadas de at 65%. Na prtica de fundaes, a estimativa das presses transmitidas pela edificao feita para o caso de macio homogneo e depois multiplicadas por Kred.

E1

E2

Tabela 6.2 Coeficiente redutor das presses (GUSMO FILHO e GUSMO, 2000).

Z / H B / H = 1 B / H = 2 B / H = 3 B / H = 4

B / L = 1 B / L = 0 B / L = 1 B / L = 0 B / L = 1 B / L = 0 B / L = 1 B / L = 0 0 0,35 0,59 0,43 0,69 0,56 0,79 0,70 0,87

0,5 0,45 0,69 0,51 0,74 0,58 0,79 0,70 0,87 1 0,54 0,76 0,57 0,78 0,61 0,81 0,71 0,87 2 0,69 0,84 0,72 0,85 0,68 0,85 0,80 0,89 3 0,80 0,92 0,80 0,91 0,75 0,89 0,86 0,90 4 0,87 1,00 0,88 0,95 0,80 0,92 0,91 0,93

Estacas de Argamassa

Para uma soluo de compactao com estacas de argamassa, PACHECO (2002) sugere levar em conta os seguintes aspectos: O estaqueamento deve ser projetado abaixo da sapata, com espaamento menor que

duas vezes e meia o dimetro da estaca e trabalha em grupo, devendo ser considerado em conjunto como bloco ou tubulo equivalente, com transferncia de carga para a camada de base das estacas.

A carga na estaca depende do espaamento entre estacas, taxa de trabalho da sapata e das condies da ponta da estaca. Aps a definio da carga por estaca, feita a determinao da presso mxima a ser transmitida pela sapata.

O espaamento das estacas define a geometria da sapata, a qual deve ter todas as estacas contidas na sua projeo, transmitindo uma tenso total menor do que a admissvel do solo (Fig. 6.11).

Figura 6.11 Exemplo de malha de compactao com estacas de argamassa.

Transferncia de Carga

A literatura tcnica apresenta vrias pesquisas sobre a transferncia de carga ao terreno em fundaes por sapatas e estacas. No entanto, h pouca informao disponvel sobre este mecanismo em terrenos melhorados com estacas de compactao.

Sabe-se que parte da carga aplicada pela sapata deve ser absorvida pelas estacas e parte pelo solo entre as estacas. As parcelas dependem do tipo de estaca (areia e brita ou argamassa), e das condies de contorno da ponta da estaca.

A presso de contato solo-sapata no ser uniforme, em virtude da diferena de rigidez entre a estaca e o solo entre as estacas (Figura 6.12). Admitindo-se que a sapata seja rgida, ou seja, que o recalque do solo e da sapata sejam iguais, tem-se que a carga total da sapata pode ser calculada pela Equao 6.1.

)()(solosoloestest

AqAqVsap += (6.1)

GUSMO (2001) desenvolveu uma metodologia para simular a curva carga-recalque

do solo melhorado com estacas de compactao, a partir da curva carga-recalque da placa sobre uma estaca isolada, e da placa sobre o terreno entre as estacas.

As Figuras 6.12 e 6.13 apresentam os resultados de simulaes de ensaios de placa em terrenos melhorados com estacas de argamassa, e areia brita, respectivamente. Em ambos os casos, foi ensaiada uma placa de 800 mm de dimetro sobre uma estaca de compactao de 300 mm de dimetro.

Os resultados podem ser considerados satisfatrios at o nvel usual de carga de trabalho que de 300 kN (presso de trabalho de 600 kPa). Nota-se, tambm, que a simulao da curva carga-recalque da soluo em estaca de areia e brita foi melhor que a de argamassa.

As Figuras 6.14 e 6.15 apresentam a percentagem de carga no solo e na estaca para diversos nveis de recalques para os ensaios apresentados anteriormente. Verifica-se que para terrenos melhorados com estacas de areia e brita, as cargas absorvidas pelo solo e pela estaca variam entre 40 e 60%, ou seja, a parcela de carga absorvida pelo solo e pela estaca praticamente se eqivalem com a evoluo do processo de recalque, evidenciando uma proximidade entre a rigidez do solo arenoso melhorado e a rigidez da estaca de areia e brita executada (PACHECO, 2002).

Vsap

q solo

q est

Figura 6.12 Distribuio da presso de contato solo-sapata.

0.00

4.00

8.00

12.00

16.00

20.00

REC

ALQ

UE

(m

m)

0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00

CARGA (kN)

ENSAIO DE PLACA

PLACA DE 800 mm

SIMULAO

ESTACA DE ARGAMASSA

Figura 6.13 Simulao de ensaio de placa estacas de argamassa (PACHECO, 2002).

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

RE

CA

LQU

E (

mm

)

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00 600.00

CARGA (kN)

ENSAIO DE PLACA

PLACA DE 800 mm

SIMULAO

ESTACA DE AREIA E BRITA

Figura 6.14 Simulao de ensaio de placa estacas de areia e brita (PACHECO, 2002).

Com relao ao terreno melhorado com estacas de argamassa, pode-se verificar que

inicialmente ao se aplicar carga, a parcela de absoro de carga pela estaca bastante superior parcela absorvida pelo solo. Com a evoluo do recalque, observa-se que a participao do solo na absoro das cargas aplicadas cresce progressivamente.

Este fato est associado maior rigidez da estaca de argamassa, quando comparado rigidez do solo melhorado (PACHECO, 2002).

0.00

4.00

8.00

12.00

16.00

20.00

REC

ALQ

UE

(m

m)

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

DISTRIBUIO DE CARGA (%)

DISTRIBUIO

SOLO

ESTACA

ESTACA DE ARGAMASSA

Figura 6.15 Distribuio da carga no ensaio de placa estacas de argamassa

(PACHECO, 2002).

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

REC

ALQ

UE

(m

m)

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

DISTRIBUIO DE CARGA (%)

DISTRIBUIO

SOLO

ESTACA

ESTACA DE AREIA E BRITA

Figura 6.16 Distribuio da carga no ensaio de placa estacas de areia e brita

(PACHECO, 2002). Custo Relativo do Melhoramento

Uma questo que sempre deve ser analisada em um projeto de fundaes a relao custo-benefcio das diferentes opes tecnicamente possveis. H um certo sentimento entre os engenheiros que as fundaes superficiais so sempre menos onerosas que as estacas. A Figura 6.17 apresenta uma comparao de custos entre uma soluo com terreno melhorado e outra com estacas pr-moldadas de concreto (1 US$ = R$ 2,80). Nesta comparao, foram considerados os custos referentes ao melhoramento (ou estaqueamento) e ao concreto das sapatas (ou blocos de coroamento).

Observa-se que em terrenos com opes de melhoramento ou estacas de pr-moldadas de concreto com at 12 m, os custos da soluo em estacas so altamente competitivos, desmistificando a idia de que as fundaes superficiais so sempre mais baratas que as fundaes profundas. J para o caso de estacas de maior comprimento (acima de 12 m), a soluo normalmente mais cara que o melhoramento.

0.00 4.00 8.00 12.00 16.00 20.00 24.00NMERO DE PAVIMENTOS0.0050.00100.00

150.00200.00

CUSTO DA FUNDAO (x 1000 REAIS) TIPO DE FUNDAOARGAMASSA (L = 5 m)PR-MOLDADA (L = 6 m)PR-MOLDADA (L = 12 m)PR-MOLDADA (L = 18 m)PR-MOLDADA (L = 24 m)

Figura 6.17 Comparao de custos entre fundao superficial com melhoramento e fundao em estacas pr-moldadas de concreto.

6.5. CONTROLES DE EXECUO Estacas de Areia e Brita

O controle antes da execuo realizado com base na granulometria e na compacidade inicial (NSPT) da camada arenosa a ser melhorada.

Durante a cravao da estaca, devem ser feitos os controles da sua locao, profundidade atingida, equipamento e energia utilizados, diagrama de cravao do tubo, quantidade de material introduzido na base (se houver) e no fuste.

Verifica-se que medida que aumenta o nmero de estacas executadas, comum ocorrer uma reduo de material introduzido na estaca. Pois, quanto maior a compacidade do solo, maior ser a resistncia que ele oferece compactao e menor o volume de material adicionado (PACHECO, 2002).

Posterior execuo do estaqueamento, deve ser realizado o controle atravs de sondagens a percusso. Com as sondagens antes e depois do melhoramento, estima-se a densidade relativa da areia a partir do NSPT obtido e da presso vertical na cota do ensaio. Eventualmente, realizam-se provas de carga vertical compresso em placas.

Finalmente, durante a construo do prdio, deve ser realizado o monitoramento dos recalques. Estacas de Argamassa

Durante a execuo da estaca, devem ser realizados cinco controles: diagrama de cravao do tubo, controle dinmico da cravao, energia de base, volume de fuste e resistncia do concreto.

No diagrama de cravao do tubo, feita a contagem do nmero de golpes necessrios sua cravao de 0,5 m no terreno, tendo como principais objetivos a sua comparao com as sondagens realizadas, e a verificao do efeito de compactao do terreno.

O controle da cravao do tubo pode ser feito atravs de frmulas dinmicas de cravao, que permitem estimar a capacidade de carga da estaca do ponto de vista da resistncia do solo. Para determinao do valor da nega admissvel, recomenda-se utilizar a Frmula de Brix.

Como a energia obtida para a abertura de base proporcional resistncia do solo na profundidade da ponta do tubo, normalmente utilizado o critrio semelhante ao da Norma 6122/96 da ABNT para estacas tipo Franki de 300 mm de dimetro, ou seja, sugere uma energia de base mnima de 1.750 kN.m para os ltimos 105 litros. O controle para determinar o nmero mnimo de golpes para a compactao da base funo do peso do pilo e de sua altura de queda. Em geral a base utilizada varia de 70 a 105 litros.

O controle do volume do fuste tem como objetivos principais a verificao de eventual estrangulamento do fuste, bem como a verificao do efeito de compactao do terreno. Vale salientar que comum ocorrer uma reduo do volume de material para as estacas, medida que aumenta o nmero de estacas executadas no terreno.

No controle da resistncia do concreto, deve-se considerar que o fator gua cimento muito baixo (entre 0,25 e 0,30), influenciando a moldagem de corpos de prova, que deve ser feita de modo semelhante ao utilizado em concreto compactado a rolo.

Posteriormente execuo do estaqueamento, devem ser realizados trs controles: sondagens a percusso; ensaios de placa; e monitoramento de recalques. Os novos furos de sondagens a percusso, para verificao do aumento da compacidade do terreno, devem ser realizados preferencialmente prximos aos antigos, para uma melhor comparao.

Eventualmente so realizadas provas de carga vertical a compresso em placas, com o objetivo de se confirmar a presso admissvel do terreno.

Finalmente durante a construo do prdio, deve ser feito o seu monitoramento com leituras de recalques. 6.6. CASOS DE OBRAS Edifcio Residencial

A edificao analisada uma estrutura aporticada de concreto armado com 20 lajes e 20 pilares na lmina, cujas cargas verticais permanentes variam de 1100 a 6870 kN, sendo a cota de implantao igual a +0,50 m em relao ao nvel do meio fio.

O terreno est localizado em um depsito arenoso pertencente ao terrao marinho pleistocnico no Bairro de Boa Viagem, Recife, que em geral apresenta boas condies de subsolo para fins de fundaes. Todavia, em virtude da presena de uma camada argilo-arenosa entre 7 e 11 m de profundidade (Fig. 6.18), foi coletada uma amostra indeformada de solo, utilizando-se um amostrador tipo shelby de dimetro 4 na profundidade entre 8,0 e 8,5 m, onde foram realizados ensaios de caracterizao, adensamento e triaxiais UU. Estes ensaios serviram de subsdio estimativa dos recalques e interpretao do desempenho da edificao. Os resultados obtidos nos ensaios foram apresentados por GUSMO et al. (2000b).

Na fase de projeto das fundaes, foram realizados 04 furos de sondagens a percusso. Concludo o melhoramento, foram feitas 03 novas sondagens, visando avaliar o aumento de compacidade do terreno (Fig. 6.18). A comparao com os furos iniciais mostra um expressivo aumento do NSPT para a camada arenosa melhorada, confirmando a eficincia do melhoramento executado.

0.00

4.00

8.00

12.00

16.00

20.00

10 30 500 20 40No. GOLPES / 30 cm

PROF.(m)

ATERRO DE AREIA FINA

AREIA FINA E MDIA, POUCO SILTOSA

ARGILA SILTO-ARENOSA

AREIA MDIA E FINA, SILTOSA

SONDAGEM

ANTES

APS

Figura 6.18 Perfil do terreno de fundao com NSPT antes e aps o melhoramento.

Para o monitoramento dos recalques do prdio, foram instalados pinos em todos os pilares da sua lmina, sendo realizadas seis campanhas de leituras, incluindo o nivelamento.

O comportamento do edifcio foi observado desde quando a estrutura estava com apenas 02 lajes concretadas. Para a avaliao do carregamento mdio atuante na estrutura, foi admitida a distribuio de cargas mostrada na Tabela 6.3. As cargas foram estimadas proporcionalmente ao nmero de pavimentos completados (concreto, alvenaria, revestimentos, pisos, etc). A ltima medio dos recalques foi feita aps um intervalo acumulado de 795 dias em relao ao nivelamento, com um carregamento mdio correspondente a 45,75 % do total previsto, que correspondia concretagem de toda a estrutura, mais 40 % da alvenaria prevista.

A Figura 6.19 mostra a evoluo do recalque absoluto mdio e carregamento da estrutura ao longo do tempo. Observa-se que na ltima medio, os recalques absolutos variaram de 6,5 a 12,0 mm, com valor mdio de 9,4 mm. A velocidade mdia de recalque na ltima medio foi de 13,10 m/dia, cujo valor depende das propriedades do terreno e velocidade de carregamento da estrutura (GUSMO et al., 2000b).

Tabela 6.3 Distribuio das cargas na estrutura.

Tipo Carregamento Parcial (%)*

- Estrutura de concreto armado 40,0 - Alvenarias 20,0 - Revestimento externo 7,5 - Revestimento interno 7,5 - Pisos 10,0 - Sobrecargas 15,0

Total 100,0 *Em relao ao carregamento total.

0.00

5.00

10.00

15.00

RE

CA

LQU

E A

BS

OLU

TO

(m

m)

0 200 400 600 800

MXIMO (P10)

MDIO

MNIMO (P2)

0.00

40.00

80.00

CA

RR

EG

AM

EN

TO

(%

)

TEMPO (dias)

Figura 6.20 Evoluo do carregamento e recalque absoluto ao longo do tempo.

A Figura 6.20 mostra a variao do recalque mdio medido versus o carregamento da

estrutura. Observa-se uma relao praticamente linear, que tpica para fundaes em depsitos arenosos, como o caso. Verifica-se, ainda, que se for admitida esta relao linear at o final da obra, tem-se que o recalque mdio previsto para o prdio acabado e ocupado de 20,5 mm, ou seja, muito prximo do valor mdio estimado a priori na fase de projeto (22,6 mm), evidenciando uma boa representatividade dos parmetros adotados na fase de projeto.

A Figura 6.21 mostra as curvas de isorecalques correspondentes ltima medio. Observa-se que os recalques diferenciais so pequenos, evidenciando uma boa rigidez da estrutura. Tambm a inclinao do prdio (tilting) praticamente nula.

0.00

5.00

10.00

15.00

RE

CA

LQU

E A

BS

OLU

TO

M

DIO

(m

m)

0 20 40 60CARREGAMENTO MDIO (%)

Figura 6.21 Recalque mdio versus carregamento da estrutura.

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.000.00

5.00

P1

P2

P3

P4

P5 P6

P7

P8P9

P10

P11

P12 P13

P14

P15

P16

P17

P18P19

P20

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00

X (m)

0.00

5.00

Y (m

)

Figura 6.22 Curvas de isorecalques medidos 5a medio. Tanques de Combustveis

Trata-se de um conjunto de 12 tanques cilndricos com diferentes dimetros (at 30 m) localizados no Porto de Suape, Ipojuca/PE, que so usados no armazenamento de combustveis.

As sondagens realizadas mostram que o subsolo preponderantemente arenoso, com lentes argilosas. A partir dos 5 m de profundidade, a resistncia a penetrao aumenta consideravelmente.

Os tanques haviam sido projetados originalmente com uma laje de concreto no fundo apoiada em estacas. No entanto, em funo do elevado custo, a soluo de fundao foi reavaliada, e foi proposta uma nova soluo com sapata corrida ao longo do permetro do tanque, enquanto que na sua parte central, a chapa metlica de fundo seria apoiada sobre um colcho de areia compactada, seguido de um lastro de brita corrida.

Alm disso, em funo da baixa compacidade do terreno natural at cerca de 5 m de profundidade, foi projetado um melhoramento superficial com estacas de argamassa (Figuras 6.23 e 6.24). Essa soluo permitiu uma substancial reduo dos custos da fundao dos tanques, especialmente devido eliminao da laje de concreto e das estacas.

As caractersticas do melhoramento executado foram:

Estacas de argamassa com comprimento mdio de 6 a 8 m. Trao em volume de 1 : 10 : 5 (cimento : p-de-pedra : brita 50 mm). Malha quadrada de compactao sob a projeo do tanque com 1,20 m de lado. Taxa de trabalho para o terreno de 200 kPa (tanques com altura de at 20 m).

A Figura 6.25 mostra as sondagens realizadas antes e aps o melhoramento em um dos

tanques. De um modo geral h um aumento da resistncia a penetrao do terreno em toda a sua profundidade. No entanto, como era esperada, a eficincia do melhoramento se reduz substancialmente no trecho da lente argilosa.

Figura 6.23 Detalhe da malha do melhoramento com estacas de compactao.

Figura 6.24 Detalhe da fundao dos tanques.

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

PR

OF

UN

DID

AD

E (

m)

0.00 20.00 40.00N-SPT

SONDAGEM

SP-55 (APS)

SP-56 (APS)

SP-57 (APS)

SP-58 (APS)

SP-59 (APS)

SP-94 (APS)

SP-95 (APS)

SP-96 (APS)

SP-16 (ANTES)

SP-25 (ANTES)

SP-26 (ANTES)

LENTEARGILOSA

Figura 6.25 Sondagens a percusso antes e aps o melhoramento.

Foram feitos vrios ensaios de placas em diferentes situaes: (i) placa de 0,30 m de

dimetro sobre uma estaca; (ii) placa de 0,80 m de dimetro sobre o solo entre as estacas; (iii) placa de 1,10 x 1,10 m sobre o solo mais quatro estacas. A Figura 6.26 mostra os resultados de trs dos ensaios realizados, que mostram que para a taxa de trabalho de 200 kPa o recalque varia de 0,20 a 0,40 % do dimetro da placa. Estes ensaios serviram de base para a previso do recalque final dos tanques aps o enchimento.

0.00

0.40

0.80

1.20

1.60

REC

ALQ

UE

NO

RM

ALI

ZAD

O (

%)

0.00 100.00 200.00 300.00 400.00 500.00PRESSO (kPa)

PROVA DE CARGA

PC-2 (SOLO) - TQ08

PC-3 (SOLO+ESTACAS) - TQ08

PC-6 (SOLO+ESTACAS) - TQ04

Figura 6.26 Resultados dos ensaios de placa.

A Figura 6.27 mostra o recalque dos tanques durante o teste de enchimento. O mximo recalque medido foi igual a 17 mm (TQ-06 e TQ-08), evidenciando a eficincia do melhoramento do terreno.

Finalmente a Figura 6.28 mostra os mesmos testes de enchimento dos tanques, s que com recalques normalizados (recalque dividido pelo dimetro do tanque). O mximo recalque normalizado foi igual a 0,07 % para a taxa de trabalho de 200 kPa, ou seja, bem menor que os recalques normalizados medidos nos ensaios de placa.

0.00

4.00

8.00

12.00

16.00

20.00

REC

ALQ

UE

DA

CH

AP

A (

mm

)

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00PRESSO (kPa)

TANQUE

TQ-03

TQ-04

TQ-05

TQ-06

TQ-07

TQ-08

TQ-09

TQ-10

TQ-11

TQ-12

TQ-13

TQ-14

TQ-15

Figura 6.27 Ensaios de enchimento dos tanques.

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

REC

ALQ

UE

NO

RM

ALI

ZAD

O (

%)

0.00 50.00 100.00 150.00 200.00 250.00PRESSO (kPa)

TANQUE

TQ-03

TQ-04

TQ-05

TQ-06

TQ-07

TQ-08

TQ-09

TQ-10

TQ-11

TQ-12

TQ-13

TQ-14

TQ-15

Figura 6.28 Ensaios de enchimento dos tanques.

6.7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS GUSMO, A. D.; GUSMO FILHO, J. A. e MAIA, G. B. (2000a). Medies de

Recalque de um Prdio em Recife. Simpsio Interao Estrutura-Solo em Edifcios, So Carlos, CD-ROM.

GUSMO, A. D.; GUSMO FILHO, J. A. e PACHECO, J. L. (2000b). Interao Solo-Estrutura em um Edifcio com Fundao em Solo Melhorado. Simpsio Interao Estrutura-Solo em Edifcios, So Carlos, CD-ROM.

GUSMO, A. D. (2001). Comunicao pessoal a Pacheco, J. L. GUSMO, A. D.; PACHECO, J. L. e GUSMO FILHO, J. A. (2002). Caracterizao

Tecnolgica de Estacas de Compactao para Fins de Melhoramento de Terrenos. 13 Congresso Brasileiro de Mecnica dos Solos e Engenharia Geotcnica, So Paulo, Vol. 3, pp.1691-1700.

GUSMO, A. D. e CALADO Jr., I. H. (2002). Efeitos da Interao Solo-Estrutura em uma Edificao com Fundao em Solo Melhorado. 13 Congresso Brasileiro de Mecnica dos Solos e Engenharia Geotcnica, So Paulo, Vol. 3, pp.1743-1752.

GUSMO, A. D.; GUSMO FILHO, J. A. e CALADO Jr., I. H. (2003). Settlement Monitoring of Buildings The Experience of Recife, Brazil. 12th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Vol.2, pp.2649-2660, Cambridge.

GUSMO FILHO, J. A. e GUSMO, A. D. (1990). Contribuio ao Estudo do Melhoramento de Terrenos Arenosos. 9 Congresso Brasileiro de Mecnica dos Solos e Engenharia de Fundaes, Salvador, Vol.2, pp.395-402.

GUSMO FILHO, J. A. e GUSMO, A. D. (1994). Estudo de Casos de Fundaes em Terrenos Melhorados. 10 Congresso Brasileiro de Mecnica dos Solos e Engenharia de Fundaes, Foz do Iguau, Vol.1, pp.191-198.

GUSMO FILHO, J. A. (1998). Fundaes do Conhecimento Geolgico Prtica da Engenharia. Editora Universitria, UFPE, Recife.

GUSMO FILHO, J. A., GUSMO, A. D. e MAIA, G. B. (1998). Prtica de Fundaes na Cidade do Recife: Exemplos de Casos. 12 Congresso Brasileiro de Mecnica dos Solos e Engenharia Geotcnica, Braslia, Vol. 3, pp.1415-1422.

GUSMO FILHO, J. A., GUSMO, A. D. e MAIA, G. B. (1999). Performance of a High Building with Superficial Foundation in Recife. 11th Panamerican Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Foz do Iguau, Vol. 3, pp.1563-1569.

GUSMO FILHO, J. A. e GUSMO, A. D. (2000). Compaction Piles for Building Foundation. International Conference on Geotechnical and Geological Engineering, Melbourne, CD-ROM.

GUSMO FILHO, J. A. e GUSMO, A. D. (2002). Low-Cost Foundation Practice in Recife, Brazil. 9th Congress of the International Association for Engineering Geology and the Environment, Durban, CD-ROM.

LUCENA, A. E. F. L. (2003). Monitoramento de Recalques de Edifcios e Avaliao da Interao Solo-Estrutura . Dissertao de Mestrado, UFCG, Campina Grande, Brasil.

MITCHELL, J. K. (1968). In-place Treatment of Foundations Soils. Specialty Conference on Placement and Improvement of Soil to Support Structures, USA, ASCE, pp. 93-130.

OLIVEIRA. J. T. R., GUSMO, A. D. e ARAJO, A. G. (2002). Comportamento Tenso-Deformao das Fundaes de Trs Edifcios Monitorados. 13 Congresso Brasileiro de Mecnica dos Solos e Engenharia Geotcnica, So Paulo, Vol. 3, pp.1701-1711.

PARRY , R. H. G. (1978). Estimating Foundation Settlement in Sand from Plate Bearing Tests. Geotechnique, London, Vol.28, No.1, pp. 107-118.

PACHECO, J. L. (2002). Estudo de Tcnicas de Melhoramento de Terrenos Superficiais Arenosos no Recife. Dissertao de Mestrado, UFPE, Recife, Brasil.

PASSOS, P. G. O. (2001). Contribuio ao Estudo do Melhoramento de Depsitos Arenosos atravs da Utilizao de Ensaios in Situ. Dissertao de Mestrado, UFPB, Campina Grande, Brasil.

PASSOS, P. G. O., BEZERRA, R. L., GUSMO, A. D. e CAVALCANTE, E. H. (2002), Avaliao da Resistncia e Deformabilidade de Solos Melhorados com Estacas de Areia e Brita. 13 Congresso Brasileiro de Mecnica dos Solos e Engenharia Geotcnica, So Paulo, Vol. 3, pp.1679-1689.

SOARES, V. B. e SOARES, W. C. (2002). Fundaes de Grandes Edifcios com Estacas e Blocos de Coroamento Participando das Reaes do Solo e Medies dos Recalques Obtidos. 13 Congresso Brasileiro de Mecnica dos Solos e Engenharia Geotcnica, So Paulo, Vol. 3, pp.1765-1772.