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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO

Escola Politcnica

COMPARAO ENTRE MTODOS DE DIMENSIONAMENTO E INFLUNCIA DOPROCESSO EXECUTIVO NO COMPORTAMENTO DE ESTACAS HLICE

Raphael Martins Mantuano

2013

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COMPARAO ENTRE MTODOS DE DIMENSIONAMENTO E INFLUNCIA DOPROCESSO EXECUTIVO NO COMPORTAMENTO DE ESTACAS HLICE

Raphael Martins Mantuano

Projeto de Graduao apresentado aoCurso de Engenharia Civil com nfaseem Geotecnia da Escola Politcnica,Universidade Federal do Rio deJaneiro como parte dos requisitosnecessarios obteno do ttulo deEngenheiro Civil.

Orientadores:

Gustavo Vaz de Mello Guimares

Fernando Artur Brasil Danziger

Rio de janeiro

Agosto de 2013

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COMPARAO ENTRE MTODOS DE DIMENSIONAMENTO E INFLUNCIA DOPROCESSO EXECUTIVO NO COMPORTAMENTO DE ESTACAS HLICE

Raphael Martins Mantuano

Projeto de Graduao submetido ao corpo docente do Curso de Engenharia Civil comnfase em Geotecnia da Escola Politcnica da Universidade Federal do Rio de Janeirocomo parte dos requisitos necessrios obteno do grau de Engenheiro civil.

Examinado por:

_____________________________________________________Gustavo Vaz de Mello Guimares, M.Sc.

_____________________________________________________Fernando Artur Brasil Danziger, D.Sc.

_____________________________________________________Francisco de Rezende Lopes, Ph.D.

Rio de janeiro

Agosto de 2013

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Mantuano, Raphael MartinsComparao entre os mtodos de

dimensionamento e influncia do processo executivono comportamento de estacas hlice. / Raphael MartinsMantuano. Rio de janeiro: UFRJ/ Escola Politcnica,2013.

XI, 87 p.: il.; 29,7cm.Orientadores: Gustavo Vaz de Mello

Guimares e Fernando Artur Brasil Danziger.Projeto de Graduao UFRJ/ Escola

Politcnica / Curso de Engenharia Civil, 2013.Referncias Bibliogrficas: p. 85 - 87.1. Capacidade de carga. 2. Estacas hlice. 3.

Processo executivo. 4. Provas de carga.I. Guimares, Gustavo Vaz de Mello et al . II.

Universidade Federal do Rio de Janeiro, EscolaPolitcnica, Curso de Engenharia Civil. III.Comparao entre mtodos de dimensionamento einfluncia do processo executivo no comportamento deestacas hlice.

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Dedico este projeto aos

meus pais, Hermes e

Cludia e minha irm,

Renata, por me amarem e

me apoiarem em todos os

momentos.

Amo m ui to

to do s v oc s.

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AGRADECIMENTOS

Aos meus pais, irm, e av pela pacincia e incentivo durante todo este tempo em que

tive muitas vezes que me ausentar do convvio familiar e me dedicar para alcanar

este objetivo, muito obrigado!

Agradeo ao Professor Gustavo Vaz de Mello Guimares por ter acreditado desde o

incio na realizao deste trabalho e ter desprendido um longo tempo em prol de me

ajudar, proporcionando uma excelente orientao.

Ao Professor Fernando Artur Brasil Danziger, por ter me apoiado desde o incio e por

toda motivao demonstrada sempre que conversamos sobre este trabalho, alm das

orientaes profissionais dadas ao longo de todo este tempo de graduao.

A Eng Fernanda Santos, por me fornecer todos os dados para que o trabalho fosse

realizado, e por todo apoio e incentivo prestado. Muito obrigado!

A todos os colegas de faculdade por toda ajuda que me concederam, sendo sempre

solicitos e dispostos a contribuir para a minha vitria. Muito obrigado!

Aos professores que me incentivaram e contriburam para minha formao, mesmo

aqueles que me fizeram perder o sono, pois graas a eles, aprendi a superar meuslimites e nunca desistir.

A todos os amigos feitos na engenharia, em especial aos meus colegas de trabalho da

Concremat Engenharia, obrigado pelo apoio e incentivo sempre.

A ti, Deus, por tudo isso, porque at aqui me ajudou o Senhor.

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Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica / UFRJ comoparte dos requisitos para a obteno do grau de Engenheiro Civil.

Comparao entre mtodos de dimensionamento e influncia do processo executivono comportamento de estacas hlice.

Raphael Martins Mantuano Agosto / 2013

Orientadores: Gustavo Vaz de Mello Guimares

Fernando Artur Brasil Danziger

Curso: Engenharia Civil

Duas estacas tipo hlice, com 500 mm de dimetro, foram executadas esubmetidas a provas de carga esttica de compresso. Os procedimentos adotadospara execuo das estacas foram distintos. Uma das estacas, denominada estacapiloto 1, foi executada com cerca de 22 m de profundidade e de acordo com oprocedimento padro de uma estaca hlice contnua descrito pela NBR 6122/2010. Aoutra estaca, denominada estaca piloto 2, foi executada com cerca de 20 m deprofundidade e teve seu procedimento de execuo alterado em relao aosprocedimentos descritos em norma. Sua execuo foi realizada de forma a combinardois procedimentos existentes na norma, ou seja, o procedimento padro para estacahlice contnua (com retirada de solo) e estaca hlice de deslocamento (comdeslocamento de solo, neste caso, somente na regio da ponta da estaca). Os ensaiosforam realizados em solo sedimentar da Barra da Tijuca / RJ e foram utilizados demodo a nortear o projeto das fundaes de um empreendimento privado, no sendoparte integrante das fundaes do mesmo. A partir dos ensaios foram geradas ascurvas carga versus deslocamento das estacas, sendo estas interpretadas de forma aobter as cargas de ruptura por intermdio de trs critrios distintos. Diante disto, paraa estaca piloto 1, os resultados de capacidade de carga estimados pelos mtodossemi-empricos se apresentaram de forma satisfatria. J para a estaca piloto 2 osresultados foram contra a segurana.

Palavra chave: Capacidade de carga, Estacas hlice, Processo executivo, Provas decarga.

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Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment ofthe requirements for the degree of Civil Engineer.

The influence of execution process in the behavior of flight auger pile

Raphael Martins Mantuano August / 2013

Orientadores: Gustavo Vaz de Mello Guimares

Fernando Artur Brasil Danziger

Course: Civil Engineering

A pair of flight auger pile, measuring 500 mm of diameter, were executed andsubmitted to static load tests of compression. The proceedings adopted for pilesexecution were distinct. The pile, called test pile 1, was executed with approximately22 m of depth, according to the Brazilian standard procedure of continuous flight augerpile, NBR 6122/2010. The other one, called test pile 2, was executed withapproximately 20 m of depth, and had its execution process changed in relation to the

proceeding described by Brazilian code. Its execution had realized to combine twoproceedings. The standard proceeding for continuous flight auger pile (with removal ofsoil) and displacement flight auger pile (displacement with soil, in this case, only theregion of the pile base). The tests were performed on sedimentary soil of Barra daTijuca / RJ and were used in order to guide the foundation project of a privateenterprise. The tests generated curves of load versus displacement for both piles, andinterpreted to obtain the failure loads through three criteria. Whereas in test pile 1, theresults of load capacity estimated by semi-empirical methods became satisfactory,

while, the test pile 2 had reached an unsafe result.

Keywords: Load capacity, Flight auger pile, Executive process, Load test.

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SUMRIO

1. INTRODUO 1

1.1.Generalidades 1

1.2. Metodologia 1

1.2. Estrutura do trabalho 2

2. CAPACIDADE DE CARGA AXIAL DAS ESTACAS 3

2.1.Generalidades 3

2.2. Mtodos Racionais ou Tericos 7

2.2.1. Resistncia de ponta ou base 7

2.2.2. Resistncia por atito lateral 9

2.3. Mtodos Semi-empricos 10

2.3.1. Mtodo de Meyerhof 10

2.3.2. Mtodo de Aoki-Velloso 12

2.3.2.1. Contribuio de Laprovitera e Benegas 15

2.3.2.2. Contribuio de Monteiro 16

2.3.3. Mtodo de Dcourt-Quaresma 18

2.3.4. Mtodo de Velloso 21

2.3.5. Mtodo de Teixeira 22

2.3.6. Mtodo de Dcourt-Quaresma modificado por Dcourtet al. 23

2.3.7. Mtodo de Alonso 24

2.3.8. Mtodo de Antunes-Cabral 272.3.9. Mtodo de Gotliebet al. 28

2.3.10. Mtodo de Karez-Rocha 29

2.3.11. Mtodo de Vorcaro-Velloso 30

2.4. Comparao entre mtodos Semi-empricos 33

2.4.1. Resistncia unitria por atrito lateral 33

2.4.2. Resistncia unitria de ponta ou base 35

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3. ESTACAS HLICE MONITORADAS 37

3.1. Generalidades 37

3.2. Estaca Hlice contnua monitorada. 37

3.2.1. Processo executivo 38

a) Perfurao 38

b) Concretagem 40

c) Colocao da Armadura 42

3.2.2. Controle da Execuo 42

3.2.3. Vantagens e Desvantagens 43

3.3. Outros tipos de Estacas Hlice monitorada 45

3.3.1. Estacas Hlice de deslocamento monitoradas 45

3.3.2. Estaca Hlice mista monitorada 47

4. ESTUDO DE CASO 48

4.1. A localizao do empreendimento 48

4.2. Sondagens percusso 51

4.3. As provas de carga 60

4.3.1. Estacas Piloto 61

a) Estaca Piloto 1 (EP-1) 62

b) Estaca Piloto 2 (EP-2) Ponta Modificada 63

4.3.2. Bloco de Coroamento 65

4.3.3. Sistema de Reao 65

a) Estacas de Reao 66

b) Vigas de Reao 67

4.3.4. Dispositivos de aplicao de carga 68

4.3.5. Dispositivos de medio dos deslocamentos 68

4.3.6. Montagem das Provas de carga 71

4.3.7. A realizao das Provas de carga 73

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5. PREVISO VERSUS DESEMPENHO 74

5.1 Estaca Piloto 1 (EP-1) 74

5.2 Estaca Piloto 2 (EP-2) Ponta Modificada 78

6. CONCLUSES E CONSIDERAES FINAIS 82

6.1. Concluses 82

6.2. Sugestes para futuras pesquisas 83

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 85

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1. INTRODUO

1.1 GENERALIDADES

Recentemente, com o grande aquecimento do mercado da construo civil,

principalmente no estado do Rio de Janeiro, o prazo para entrega de obras se tornou

um dos grandes viles da engenharia civil. Inovaes tm surgido com frequncia, em

face grande necessidade de atingir melhores resultados neste quesito, entretanto,

preciso que sejam realizados testes de modo adequado, para que possam ser

validadas as novas propostas. A que se registrar, que no correto reduzir o controle

de qualidade de uma obra com a finalidade de atingir um prazo de entrega

estabelecido. Uma prova de carga executada de modo apropriado uma excelente

ferramenta para avaliar o comportamento de uma fundao em um determinado tipo

de solo.

A engenharia de fundaes vem evoluindo constantemente em busca de novos

elementos de fundao que possuam alta produtividade, ausncia de vibraes e

rudos durante a execuo, elevada capacidade de carga, controle de qualidadedurante a execuo, dentre outros aspectos. Neste propsito, surgiram no mercado

brasileiro na dcada de 80, tendo um grande desenvolvimento nos ltimos anos, as

estacas do tipo hlice, sendo desde ento uma estaca de enorme interesse comercial

nos grandes centros urbanos do pas.

1.2 METODOLOGIA A metodologia deste trabalho prope uma anlise de provas de carga verticais

de compresso com o interesse de avaliar o comportamento de duas estacas tipo

hlice, uma contnua e outra mista (com deslocamento de solo na base) executadas

com o intuito de nortear o projeto das fundaes de um empreendimento residencial

de alto padro em regio localizada as margens da lagoa de Jacarepagu, situada na

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zona oeste do municpio do Rio de Janeiro, no bairro da Barra da Tijuca sendo o solo

presente nesta regio de origem sedimentar.

Com base na interpretao dos resultados de provas de carga esttica e da

aplicao dos critrios de ruptura, foi realizada uma comparao entre diversos

mtodos de estimativa de capacidade de carga para as duas estacas.

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO

Segue a esta introduo o capitulo 2, onde feita uma breve reviso

bibliogrfica a respeito dos mtodos de calculo de capacidade de carga axial para

estacas sujeitas a carregamento de compresso. Destaca-se neste captulo, a

presena de mtodos especficos para o dimensionamento das estacas do tipo hlice

contnua monitorada.

No capitulo 3 as estacas tipo hlice contnua monitoradas so descritas, com

nfase para seu processo executivo. Outros tipos de estacas hlice monitoradas so

mencionadas e apresentadas, so elas: a estaca hlice de deslocamento monitorada e

a estaca hlice mista monitorada .

No capitulo 4 apresentado o estudo de caso. Detalhando primeiramente, o

empreendimento imobilirio em questo, a seguir, as sondagens tipo SPT realizadas

no local e por fim, as provas de carga realizadas em cada estaca.

O capitulo 5 faz-se uma comparao entre o desempenho das estacas nas

provas de carga com a previso relacionada a diversas metodologias semi-empricas.

Trs critrios de ruptura so usados para a determinao da carga de ruptura das

estacas.

O capitulo 6 relaciona as concluses e prope sugestes para futuras

pesquisas.

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2. CAPACIDADE DE CARGA AXIAL DAS ESTACAS

2.1 GENERALIDADES

Fundao o elemento responsvel por transmitir as cargas provenientes da

estrutura para o terreno, devendo ser dimensionada e executada de forma adequada,

ou seja, sem gerar problemas de qualquer natureza para a estrutura. Para que isto

seja possvel, uma fundao deve satisfazer a dois requisitos: (i) segurana correlao

a ruptura geotcnica e estrutural, (ii) recalques compatveis com a estrutura.

(DANZIGER, 2008)

O conceito de fundao profunda estabelecido pela NBR 6122/2010

Projeto

e execuo de fundaes; que define como fundao profunda aquela que transmite

as cargas provenientes da estrutura ao terreno, pela base (resistncia de ponta), por

sua superfcie lateral (resistncia por atrito lateral) ou pela combinao das duas. Alm

disso, de acordo com a referida norma, para uma fundao ser considerada profunda,

deve estar assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimenso em

planta, e no mnimo a 3m.Na elaborao do projeto para a verificao da segurana em relao ruptura

geotcnica de fundaes profundas, mais especificamente das estacas, so realizados

clculos utilizando diversos mtodos de capacidade de carga, tais mtodos,

subdividem-se em duas categorias: estticos e dinmicos.

Nos mtodos estticos a capacidade de carga calculada por frmulas que

estudam a estaca mobilizando toda a resistncia ao cisalhamento esttica do solo,obtida em ensaios de laboratrio ou in situ . Os mtodos estticos separam-se em:

racionais ou tericos, que utilizam solues tericas de capacidade de carga e

parmetros do solo e semi-empricos, que se baseiam em ensaios in situ de

penetrao do cone (CPT) ou de sondagens a percusso (SPT).

Os mtodos dinmicos so aqueles que estimam a capacidade de carga de

uma estaca baseados na observao da resposta cravao, ou ainda, em que uma

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Figura 2.1 Estaca submetida carga de ruptura de compresso.

(2.1)

sendo:

Qult = Capacidade de carga de ruptura da estaca;

Qp,ult = Capacidade de carga da ponta ou base;

Ql,ult = Capacidade de carga por atrito lateral;

W = Peso prprio da estaca.

Na maioria das situaes, o peso prprio da estaca desprezado em face da

magnitude das cargas envolvidas, alm disso, a expresso acima pode ser reescrita

com as resistncias unitrias de acordo com a equao 2.2.

(2.2)

sendo:

l U q Adz U q AQ ult l ult p L

bult l ult pbult ,,0 ,,

ult l ult pult QQW Q ,,

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Ab = rea de ponta ou base da estaca;

U = Permetro da estaca (supostamente constante);

qp,ult = resistncia de ponta unitria;

l,ult = resistncia por atrito lateral unitria;

l = Trecho do comprimento da estaca ao qual l,ult se aplica.

Cabe ressaltar que, a capacidade de carga acima mencionada diz respeito ao

terreno de fundao e no estrutura da fundao, naturalmente, a fundao deve

atender as exigncias dos projetos de estruturas quanto ao seu dimensionamento

estrutural (DANZIGER, 2008).

Deste modo, a carga admissvel estrutural de uma estaca hlice contnua no

armada, por exemplo, obtida analogamente carga de um pilar com seo nula de

ao, sendo exposta na equao 2.3.

(2.3)

onde:

Ac = rea da seo transversal da estaca;

f ck = Resistncia caracterstica mxima do concreto permitida pela norma

(20 MPa);

f = coeficiente de majorao das cargas, tipicamente 1,4;

c = coeficiente de minorao da resistncia do concreto, tipicamente 1,4.

Com base na equao 2.3, esto apresentados na tabela 2.1, a carga

admissvel estrutural da estaca do tipo hlice contnua, no armada e totalmente

enterrada, em funo de seus dimetros.

c f

ck c

k

f A P

85,0

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Tabela 2.1 Carga mxima estrutural da estaca hlice contnua.

Dimetro da Hlice (mm)

CargaAdmissvelEstrutural

(kN)275 300350 450400 600425 800500 1300600 1900700 2550800 3350900 4250

1000 5250

1100 64001200 76001300 89501400 10350

2.2 MTODOS RACIONAIS OU TERICOS

A teoria clssica de capacidade de carga introduz conceitos e modelos

complexos tanto para o estabelecimento da resistncia da ponta, quanto para aresistncia por atrito lateral. A seguir sero abordadas de maneira sucinta as principais

solues para a determinao de cada parcela de resistncia, ponta (ou base) e atrito

lateral.

2.2.1 Resistncia de Ponta ou Base

A primeira soluo foi apresentada por Terzaghi em 1943 e posteriormente

incrementada pelas obras de Terzaghi e Peck (1948,1967); baseada na teoria da

plasticidade, a qual consiste em supor que a ruptura do solo localizado abaixo da

ponta da estaca no pode ocorrer sem que haja um deslocamento solo, lateralmente e

para cima, conforme o modelo apresentado na figura 2.2a. Caso o solo ao longo do

comprimento da estaca for considerado bem mais compressvel que abaixo da base

da estaca, ento, os deslocamentos produzem tenses cisalhantes desprezveis ao

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longo de todo o fuste, neste caso a influncia do solo que envolve toda a estaca

como uma sobrecarga.

Posteriormente ao estudo de Terzaghi e calcado em teoria anloga, o

pesquisador Meyerhof em 1951, fez consideraes fundamentais e distintas as

premissas anteriormente adotadas, substituindo a sobrecarga proveniente do solo

situado acima da estaca por uma sobrecarga frouxa, de modo que as linhas de

ruptura se estendessem por um plano acima da ponta da estaca, como podemos

observar na figura 2.2b.

Figura 2.2 Figuras de ruptura, (a) Terzaghi e (b) Meyerhof.

At ento, a resistncia de ponta da estaca era funo apenas da resistncia

do solo, entretanto, observou-se que a rigidez do material, o qual constitui a estaca,

desempenha uma funo importante no mecanismo de ruptura. Mediante a esta

concluso, desenvolvimentos e propostas ocorreram, com destaque para proposio

de Vesic (1972) exposta na figura 2.3.

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Figura 2.3 Modelo de ruptura admitido na considerao de Vesic (1972).

2.2.2 Resistncia por atrito lateral

A segunda componente da capacidade de carga a resistncia por atrito

lateral. O tratamento terico para a determinao do atrito lateral unitrio em geral,

anlogo ao utilizado para determinar a resistncia ao deslizamento de um slido em

contato com o solo. Assim, geralmente, seu valor considerado como a soma de dois

fatores; so eles: a aderncia do contato estaca-solo e a tenso horizontal que o soloexerce sobre a superfcie lateral da estaca multiplicada pelo ngulo de atrito entre o

sistema estaca-solo (uma tenso cisalhante e uma normal).

Os valores de aderncia e ngulo de atrito podem ser obtidos em laboratrio,

porm, tais parmetros dependem do tipo e processo executivo da estaca, assim

como o estabelecimento da tenso de contato na superfcie tambm depende. Um

erro relativamente pequeno na estimativa destes parmetros poder representar umerro significativo na capacidade de carga por atrito lateral calculada.

O atrito lateral das estacas foi abordado por diversos autores, inclusive aqueles

que propuseram as solues clssicas para resistncia de ponta (Terzaghi e

Meyerhof), anteriormente citados. A proposta elaborada por Terzaghi complexa e por

isso no foi incorporada a prtica. J Meyerhof, prope uma expresso para o atrito

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10

lateral unitrio em solos granulares, tendo como base os parmetros acima citados e

considerando a aderncia nula.

2.3 MTODOS SEMI-EMPRICOS

Pesquisadores, em todo o mundo, tentam correlacionar equaes que

possuem relaes diretas com mtodos prticos (provas de carga), que variam

principalmente de acordo com o tipo de investigao geotcnica, assim como o solo

encontrado em cada regio, gerando assim, mtodos semi-empricos de previso de

capacidade de carga.

No Brasil, o SPT a investigao geotcnica mais difundida e realizada,

Militsky, 1986, aborda o assunto dizendo que: a engenharia de fundaes correntes

no Brasil pode ser descrita como a geotecnia do SPT . Assim os calculistas de

fundaes tm a preocupao de estabelecer mtodos de clculo da capacidade de

carga de estacas utilizando os resultados das sondagens percusso. A seguir so

apresentados alguns mtodos tradicionais para previso de capacidade de carga em

estacas. Uma abordagem de mtodos concebidos especificamente para as estacas

tipo hlice contnua monitorada, tambm enfatizada.

2.3.1 Mtodo de Meyerhof (1956)

Foi provavelmente Meyerhof quem primeiro props um mtodo para determinar

a capacidade de carga de estacas a partir do SPT, publicou seu primeiro trabalho em1956 e retomou o tema em sua Terzaghi Lecture (Meyerhof, 1976). Os principais

resultados obtidos pelo autor foram:

Para estacas cravadas at uma profundidade D em solo arenoso, a resistncia

unitria de ponta (em kgf/cm2) dada pea equao 2.4;

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(2.4)

onde:N = nmero de golpes para os 30 cm finais do SPT a cada metro;

B = Dimetro ou maior comprimento da seo transversal da estaca.

A resistncia unitria por atrito lateral em (em kgf/cm2) dada pela equao

2.5.

(2.5)

onde:

N = a mdia dos N ao longo do fuste.

Para siltes no plsticos, pode-se adotar como limite superior da resistncia de

ponta a equao 2.6, exposta em kgf/cm 2;

(2.6)

Para estacas escavadas em solo no coesivo, a resistncia de ponta da

ordem de um tero dos valores obtidos pelas equaes 2.4 e 2.6, e a

resistncia lateral, da ordem da metade do valor dado pela equao 2.5;

Para estaca com base alargada do tipo Franki, a resistncia de ponta da

ordem do dobro da fornecida pelas equaes 2.4 e 2.6;

Se as propriedades da camada de suporte arenosa variam nas proximidades

da ponta da estaca, deve-se adotar para N um valor mdio calculado ao longo

de quatro dimetros acima e um dimetro abaixo da ponta estaca;

N B ND

q ult p 44,0

,

50, N

ult l

N q ult p 3,

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12

Quando a camada de suporte arenosa for sobrejacente a uma camada de

menor resistncia e a espessura (H) entre a ponta da estaca e o topo da

camada de menor resistncia for menor do que a espessura crtica da ordem

de 10 B, a resistncia da ponta da estaca ser dada pela equao 2.7.

(2.7)

onde:

0q = resistncia limite na camada fraca inferior;

1q = resistncia limite na camada resistente.

2.3.2 Mtodo de Aoki-Velloso (1975)

O mtodo de Aoki-Velloso foi desenvolvido a partir de um estudo comparativo

entre resultados de provas de carga em estacas e investigaes geotcnicas. O

mtodo pode ser utilizado tanto com dados do SPT como tambm com dados do

ensaio CPT. A primeira expresso da capacidade de carga da estaca pode ser

descrita relacionando as resistncias de ponta e por atrito lateral da estaca com

resultados do CPT como mostram as equaes 2.8 e 2.9.

(2.8)

(2.9)

Onde, F1 e F2 so fatores de escala e execuo.

Ao introduzir as correlaes entre o SPT e o ensaio de cone holands (CPT

mecnico) apresentadas nas equaes 2.10 e 2.11.

(2.10)

101

0, 10)(

q B

H qqqq ult p

l U q AQ ult l ult pbult ,,

l F

U F q A coneconeb

21

KN qc

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13

(2.11)

Obtm-se a equao 2.12, para uso do mtodo a partir dos resultados do SPT.

(2.12)

Atravs da introduo do coeficiente K, torna-se possvel utilizar os resultados

do ensaio SPT, pois K o coeficiente de converso da resistncia de ponta do cone

para NSPT; o coeficiente define a relao entre as resistncias de ponta e por atritolateral local, do ensaio de penetrao esttica (CPT), segundo Vargas, 1977. Os

valores de K e adotados por Aoki-Velloso constam na tabela 2.2.

Tabela 2.2 Coeficientes K e (Aoki-Velloso, 1975).

Tipo de solo k (kgf/cm2) ( %) Areia 10 1,4 Areia siltosa 8 2 Areia siltoargilosa 7 2,4 Areia argilossiltosa 5 2,8 Areia argilosa 6 3Silte arenoso 5,5 2,2Silte arenoargiloso 4,5 2,8Silte 4 3Silte argiloarenoso 2,5 3Silte argiloso 2,3 3,4

Argila arenosa 3,5 2,4 Argila arenossiltosa 3 2,8 Argila siltoarenosa 3,3 3 Argila siltosa 2,2 4 Argila 2 6

Os valores de F1 e F2 foram obtidos a partir da retro-anlise dos resultados de

prova de carga em estacas (cerca de 100 provas entre diversos tipos de estacas).

Conhecidas todas as variveis a partir dos resultados de SPT e da tabela 2.2,

N K qcc ...

l F

KN U

F KN

AQ pl bult 21

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possvel calcular os fatores F1 e F2. Como no se dispunha de provas de carga

instrumentadas, que permitiriam separar a capacidade do fuste da capacidade da

ponta, s seria possvel obter um dos fatores. Assim, adotou-se F2 = 2F1. Os valores

obtidos esto na tabela 2.3. Para estacas escavadas, os valores foram tirados e,

posteriormente adaptados de Velloso et al. (1978).

Na dcada de 70, quando o mtodo foi proposto, foram introduzidas as estacas

tipo raiz e no se executava ainda estacas tipo hlice. Trs trabalhos de final de curso

da UFRJ, dos autores Rafael Francisco G. Magalhes (1994), Gustavo S. Raposo e

Marcio Andre D. Salem (1999) conduziram a uma estimativa razovel e ligeiramente

conservativa das estacas raiz, hlice contnua e mega, adotando-se os valores de

F1=2 e F2=4.

Os autores utilizaram, para efeito de clculo da resistncia de ponta, a mdia

de trs valores de N: no nivel de clculo (da ponta) a 1 metro acima e a 1 metro

abaixo. Um valor limite de N=50 tambm adotado.

Tabela 2.3 Coeficientes de transformao F 1 e F2 (Aoki-Velloso, 1975; Vellosoet al ,1978).

Tipo de Estaca F1 F2Franki 2,5 5,0Metlica 1,75 3,5Premoldada de concreto 1,75 3,5Escavada 3 6Raiz* 2 4

Hlice Continua* 2 4mega* 2 4* Valores estimados por estudos posteriores;

Vale ressaltar que, este mtodo semi-emprico foi proposto h mais de 30

anos, e desenvolvido em uma determinada rea geotcnica, portanto, sua utilizao

em outras regies requer muita precauo, com objetivo de se obter maior

confiabilidade nos resultados. Alm disso, o mtodo foi desenvolvido inicialmente para

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ser utilizado no estudo de estacas Franki, pr-moldadas de concreto, metlicas e

escavadas.

2.3.2.1 Contribuio de Laprovitera (1998) e Benegas (1993)Em duas dissertaes de mestrado da COPPE-UFRJ (Laprovitera, 1988;

Benegas, 1993), foram feitas avaliaes do mtodo Aoki-Velloso a partir de um Banco

de Dados de provas de carga em estacas compilado pela COPPE-UFRJ. Nas anlises

realizadas, os valores de K e utilizados no foram os do mtodo Aoki-Velloso

original, mas aqueles modificados por Danziger (1982).

Como nem todos os 15 tipos de solos tinham sido avaliados por Danziger,

Alguns valores foram complementados atravs de interpolao por Laprovitera (1988).

Os valores finais de K e constam na tabela 2.4.

Nas anlises feitas, no se manteve a relao F2 = 2F1 do trabalho original de

Aoki-Velloso, mas tentaram-se outras relaes de forma a obter uma melhor previso.

Na tabela 2.5 esto os valores de F1 e F2 obtidos nas dissertaes.

Tabela 2.4 Coeficientes K e (Laprovitera, 1988).

Tipo de solo k (kgf/cm2) ( %) Areia 6 1,4 Areia siltosa 5,3 1,9 Areia siltoargilosa 5,3 2,4 Areia argilossiltosa 5,3 2,8 Areia argilosa 5,3 3

Silte arenoso 4,8 3Silte arenoargiloso 3,8 3Silte 4,8 3Silte argiloarenoso 3,8 3Silte argiloso 3 3,4

Argila arenosa 4,8 4 Argila arenossiltosa 3 4,5 Argila siltoarenosa 3 5 Argila siltosa 2,5 5,5 Argila 2,5 6

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Figura 2.4 Determinao da resistncia de ponta segundo Monteiro (1997).

Tabela 2.6 Coeficientes K e (Monteiro, 1997).

Tipo de solo k (kgf/cm2) %) Areia 7,3 2,1 Areia siltosa 6,8 2,3 Areia siltoargilosa 6,3 2,4 Areia argilossiltosa 5,7 2,9 Areia argilosa 5,4 2,8Silte arenoso 5 3Silte arenoargiloso 4,5 3,2Silte 4,8 3,2Silte argiloarenoso 4 3,3Silte argiloso 3,2 3,6

Argila arenosa 4,4 3,2 Argila arenossiltosa 3 3,8 Argila siltoarenosa 3,3 4,1 Argila siltosa 2,6 4,5 Argila 2,5 5,5

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Tabela 2.7 Coeficientes de transformao F 1 e F2 (Monteiro, 1997).Tipo de Estaca F1 F2

Franki de fuste apiloado 2,3 3Franki de fuste vibrado 2,3 3,2Metlica 1,75 3,5Premoldada de concreto cravada a percusso 2,5 3,5Premoldada de concreto cravada por prensagem 1,2 2,3Escavada com lama bentontica 3,5 4,5Raiz 2,2 2,4Strauss 4,2 3,9Hlice Continua 3 3,8Nota: os valores indicados para estacas tipo hlice contnua requerem reserva, pois

pequeno o nmero de provas de carga disponvel.

2.3.3 Mtodo de Dcourt-Quaresma (1978)

Em 1978 os engenheiros Luciano Dcourt e Arthur Quaresma apresentaram no

6 congresso brasileiro de mecnica dos solos e engenharia de fundaes um mtodo

para a determinao da capacidade de carga em estacas. Segundo os prprios

autores, este trabalho contempla um processo expedito para a estimativa da

capacidade de carga de ruptura baseado exclusivamente em resultados de ensaiosSPT. O mtodo foi idealizado inicialmente para estacas do tipo pr-moldada de

concreto e para fins de validao do mesmo, foram executadas pelo segundo autor 41

provas de carga esttica neste tipo de estaca, no entanto, pode-se admitir em primeira

aproximao, que a metodologia seja vlida tambm para estacas do tipo Franki,

Strauss (apenas com a ponta em argila, como deve sempre ocorrer) e estacas

escavadas.

O mtodo apresenta as caractersticas descritas a seguir.

Resistncia de ponta

Toma-se como valor de N a mdia entre o valor correspondente ponta da

estaca, o imediatamente anterior e o imediatamente superior. Para estimativa da

resistncia unitria de ponta (em tf/m2) utiliza-se a expresso 2.14:

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(2.14)

onde:

C = coeficiente que varia em funo do tipo de solo (tabela 2.8);

Np = Mdia dos valores correspondentes ponta da estaca, o imediatamente

superior e o imediatamente anterior.

Tabela 2.8 Valores de C (Dcourt-Quaresma, 1978);Tipo de solo C (tf/m2)

Areia 40Silte arenoso (alterao de rocha) 25Silte argiloso (alterao de rocha) 20Argila 12

Resistncia por atrito lateral

Consideram-se os valores de N ao longo do fuste, sem levar em conta queles

utilizados para a estimativa da resistncia de ponta. Tira-se a mdia, e na tabela 2.9,

obtm-se o atrito mdio ao longo do fuste (em tf/m2). Nenhuma distino feita quanto

ao tipo de solo.

Tabela 2.9 Valores de atrito mdio ao longo do fuste (Dcourt-Quaresma, 1978).SPT (mdio ao longo do fuste) Atrito Lateral (tf/m 2)

3 26 3

9 412 5

> 15 6

Em 1982, o Engenheiro Luciano Dcourt empenhado em aperfeioar o mtodo,

levou ao segundo simpsio europeu sobre ensaios de penetrao, que foi realizado na

pult p CN q ,

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cidade de Amsterdam na Holanda, uma contribuio em que dentre outros pontos

abordou e props uma frmula para clculo da resistncia lateral unitria.

Desde ento, a resistncia lateral unitria em tf/m 2 dada pela equao 2.15;

(2.15)

onde:

N = valor mdio de N ao longo do fuste desconsiderando aqueles utilizados no

clculo de ponta, sendo que, caso N seja menor que 3 considera-se 3 e caso N maior

que 50, considera-se 50.

Desta forma a expresso geral para o clculo da capacidade de carga a da

equao 2.16.

(2.16)

Ou ainda, de acordo com a equao 2.17,

(2.17)

onde:

Ap = rea de ponta da estaca;

As = rea lateral da estaca;

U = permetro da seo transversal do fuste;

l = Comprimento da cada camada.

13,

N ult l

sult l pult pult A AqQ ,,

l

N U

DCN Q pult .13

.104

2

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21

2.3.4 Mtodo de Velloso (1981)

Pedro Paulo Velloso apresentou um critrio para o clculo de capacidade de

carga e recalques de estaca e grupos de estacas (Velloso, 1981). A capacidade de

carga de uma estaca, com comprimento L, dimetro de fuste D e dimetro de base D b,

pode ser estimada a partir da equao abaixo, tomando-se por base os valores de

Ql,ult e Qp,ult obtidos com as expresses 2.18 e 2.19.

Resistncia da ponta

(2.18)

Resistncia por atrito lateral

(2.19)

onde:U = permetro da seo transversal do fuste;

Ap = rea de ponta da estaca (dimetro D b);

= Fator da execuo da estaca;

= 1 (estacas cravadas);

= 0,5 (estacas escavadas);

= Fator de carregamento;

= 1 (para estacas comprimidas);

= Fator da dimenso da base (equao 2.20).

(2.20)

sendo:

b = dimetro da ponta de cone (3,6cm no cone padro).

ult pbult p q AQ ,,

iult l ult l l U Q ,,

b Db016,0016,1

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22

A partir dos resultados de ensaios SPT, podem-se adotar as equaes 2.23

e 2.24 para se calcular as resistncias unitrias, por atrito lateral e de ponta,

respectivamente.

(2.23)

(2.24)

Onde a, b, a`, b` so parmetros de correlao entre o SPT e o CPT, a serem

definidos para os solos tpicos de cada regio, e que constam na tabela 2.10.

Tabela 2.10 Valores aproximados de a, b, a, b (Velloso, 1981).

a (tf/m2) b a` (tf/m2) b Areias sedimentares submersas 60 1 0,50 1

Argilas sedimentares submersas 25 1 0,63 1

Solos residuais de gnaisse arenossiltosos submersos 50 1 0,85 1

Solos residuais de gnaisse sil toarenosos submersos 40 (1) 1 (1) 0,80 (1) 1 (1)

47 (2) 0,96 (2) 1,21 (2) 0,74 (2)

(1) Dados obtidos na obra da refinria Duque de caxias (RJ); (2) Dados obtidos na obra da Ao-Minas (MG).

Tipo de soloAtritoPonta

2.3.5 Mtodo de Teixeira (1996)

Em 1996, Teixeira apresentou um mtodo para clculo da capacidade de carga

de estacas. Neste mtodo a capacidade de carga compresso de uma estaca pode

ser estimada em funo dos parmetros da equao 2.25.

(2.25)

onde:

b N = Valor mdio obtido no intervalo de 4 dimetros acima da ponta da estaca

a 1 dimetro abaixo;

`, `

bult l N a

bult p aN q ,

L N UB A N Q l pbult

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l N = Valor mdio ao longo do fuste da estaca;

L = Comprimento da estaca.

Os valores do parmetro esto indicados na tabela 2.11, em funo da

natureza do solo e do tipo de estaca. O parmetro s depende do tipo de estaca.

Tabela 2.11 Valores de e (Teixeira, 1996).

Argila siltosa 11 10 10 10

Silte Argiloso 16 12 11 11

Argila arenosa 21 16 13 14

Silte arenoso 26 21 16 16

areia argilosa 30 24 20 19

areia siltosa 36 30 24 22

areia 40 34 27 26

Areia com pedregulhos 44 38 31 29

0,4 0,5 0,4 0,6

III IV

Valores de a (tf/m2)em funo do tipo de

solo (4 < N

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Ou ainda pela equao 2.27,

(2.27)

Os valores atribudos aos coeficientes e sugeridos para os diversos tipos

de estacas esto apresentados na tabela 2.12.

Tabela 2.12 Coeficientes e para cada tipo de estaca.

ESTACA

SOLO ARGILAS 1,00* 1,00* 0,85 0,80 0,85 0,90* 0,30* 1,00* 0,85* 1,50* 1,00* 3,00*SOLOS** 1,00* 1,00* 0,60 0,65 0,60 0,75* 0,30* 1,00* 0,60* 1,50* 1,00* 3,00*

AREIAS 1,00* 1,00* 0,50 0,50 0,50 0,60* 0,30* 1,00* 0,50* 1,50* 1,00* 3,00*

* Valores para o qual a correlao inicial foi desenvolvida

* Valores apenas indicativos diante do reduzido nmero de dados disponveis

**Solos intermedirios

CRAVADA(estaca padro)

ESCAVADA(em geral)

ESCAVADA(c/bentonita)

HLICECONTNUA RAIZ

INJETADA(alta presso)

2.3.7 Mtodo de Alonso (1996)

Mtodo semi-emprico desenvolvido para a previso da capacidade de carga

em estacas hlice contnua, utilizando os resultados do ensaio SPT-T, proposto

inicialmente, para a Bacia Sedimentar Terciria da cidade de So Paulo, e

posteriormente reavaliado (2000) para duas novas regies geotcnicas, formao

Guabirotuba e os solos da cidade de Serra-ES.

A carga de ruptura obtida pela soma das parcelas de atrito lateral e de ponta

expostas nas equaes 2.28 e 2.34, respectivamente.

Resistncia por atrito lateral

(2.28)

L N

U D

CN Qult .13.10

4

2

l U Q ult l ult l ,,

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onde:

U = permetro da seo transversal do fuste da estaca;

l = trecho onde se admite atrito lateral unitrio r l constante;

ult l , = Resistncia lateral unitria (tabela 2.13).

A resistncia por atrito lateral unitria da estaca obtida com a equao 2.29.

(2.29)

= coeficiente de correo do atrito lateral f , obtido atravs da interpretao de

provas de carga carregadas at as proximidades da carga ltima (tabela 2.13);

f = Atrito calculado a partir do torque mximo (em kgf.m) e a penetrao total

(em cm) do amostrador, no ensaio SPT-T.

Tabela 2.13 Limites de ult l , e valores de propostos pelo mtodo de Alonso (1996),especificamente para estacas do tipo hlice contnua.

No ensaio SPT, geralmente e penetrao total do amostrador de 45 cm,

exceto em solos muito moles, onde a penetrao possivelmente ser maior que

45 cm, e em solos muitos resistentes, onde a penetrao total inferior a 45 cm.

Para a obteno do valor de f , utiliza-se a equao 2.30, proposta pelo

idealizador do ensaio SPT-T, Ranzini (ALONSO, 1996).

(2.30))(032,041,0

100kPa

hT

f mx

kPa f ult l 200.,

REGIO l,ult Bacia sedimentar de So Paulo 200kPa 0,65

Formao Guabirotuba 80kPa 0,65Cidade de Serra - ES 200kPa 0,76

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onde:

Tmx = torque mximo expresso em kgf.m;

h = penetrao total do amostrador, em cm (geralmente 45 cm).

Para uma penetrao total do amostrador igual a 45 cm, a expresso acima

resulta na equao 2.31.

(2.31)

O autor sugere as equaes 2.32 e 2.33 que estabelecem correlaes entre o

tradicional ensaio SPT e o SPT-T, para o clculo do atrito lateral e resistncia de

ponta, a partir do nmero de golpes N do ensaio SPT.

e (2.32)

Para a formao Guabirotuba, as correlaes so:

e (2.33)

Alonso (1996) alerta que, antes de utilizar o mtodo, o ideal inicialmente

encontrar estas correlaes para o caso de outras regies.

Resistncia de ponta

(2.34)

Onde a resistncia unitria de ponta pode ser expressa pela equao 2.35.

(2.35)

)(18,0

kPaT

f mx

N Tmx 2,1 N Tmn 0,1

N Tmx 13,1 N Tmn 98,0

ult p pult p q AQ ,,

2

)2()1(`

,mnmn

ult pT T q

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sendo:

Tmn(1) = mdia aritmtica dos valores de torque mnimo (em kgf.m) do trecho

8D acima da ponta da estaca. Considera-se nulo os T mn acima do nvel do terreno,

quando o comprimento da estaca for menor do que 8D;

Tmn(2) = mdia aritmtica dos valores de torque mnimo (em kgf.m) do trecho

3D, medido para baixo, a partir da ponta da estaca.

O autor recomenda que os valores de Tmn adotados, sejam no mximo

40kgf.m.

Alonso (1996, 2000b) determinou os valores para `, conforme a tabela 2.14

nas regies analisadas.

Tabela 2.14 Valores de `(em kPa/kgf.m) em funo do tipo de solo para as regiesanalisadas.

Areia Silte ArgilaBacia sedimentar de So Paulo 200 150 100

Formao Guabirotuba - - 80

Cidade de Serra - ES 260 195 130

REGIO `

2.3.8 Mtodo de Antunes & Cabral (1996)

Os autores propuseram um mtodo de previso da capacidade de carga em

estacas hlice contnua a partir dos resultados do ensaio SPT e baseados em

informaes obtidas em 9 provas de carga estticas, realizadas em estacas com

dimetro de 35, 50 e 75 cm, fazendo uma comparao entre dois mtodos semi-

empricos tradicionais, Aoki-Velloso (1975) e Dcourt-Quaresma (1978).

Os autores propuseram as expresses 2.36 e 2.37:

Resistncia por atrito lateral

(2.36)l N DQ ult l )(.. 1,

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onde:

D= dimetro da estaca;

l = comprimento da estaca;

N = ndice de resistncia penetrao do ensaio SPT;

1 = Coeficiente de atrito lateral que depende do tipo de solo (em kgf/cm2,

tabela 2.15).

Resistncia de ponta

; (2.37)

onde:

Np = ndice de resistncia penetrao do ensaio SPT;

2 = parmetro para o clculo da resistncia de ponta que depende do tipo de

solo (tabela 2.15).

Tabela 2.15 Parmetros e 2 (ANTUNES & CABRAL, 1996).

SOLO ` ( ) 2 Areia 4,0 - 5,0 2,0 - 2,5

Silte 2,5 - 3,5 1,0 - 2,0

Argila 2,0 - 3,5 1,0 - 1,5

2.3.9 Mtodo de Gotlieb et al. (2000)

A partir da anlise de 48 provas de carga estticas em estacas do tipo hlice

contnua, os autores desenvolveram um mtodo simples, com base nos ensaios SPT,

para estimar a tenso admissvel no topo da estaca, sendo que a preocupao

principal foram os aspectos de segurana e ocorrncia de recalques excessivos

(GOTLIEB et al, 2000).

4...

2

2, D N Q bult p

22 /40. cmkgf N p

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41/99

29

Posteriormente, em 2002, analisando o banco de dados reunidos por Alonso

(2000), os autores confirmaram a validade desta tcnica, baseada em um conjunto de

99 provas de carga estticas.

A tenso admissvel a ser aplicada no topo da estaca, de acordo com o mtodo

proposto, dada pela equao 2.38.

(2.38)

onde:

Padm = tenso admissvel a ser aplicada no topo da estaca (kN/m);

ta Medioda pon N = mdia dos valores obtidos no trecho 8D acima e 3D abaixo da

ponta da estaca;

N = soma de golpes de SPT ao longo do fuste da estaca, sendo que os

valores N limitados em 50.

Baseado na experincia profissional prtica, os autores recomendam a

limitao de 5.000 kN/m para o valor tenso admissvel Padm , para utilizao em

projetos.

Gotlieb et al. (2000) conclui que o mtodo se mostrou vlido em 100% dos

casos quanto a ocorrncia de recalques inferiores a 15 mm para as tenses de

utilizao, ou seja, nas cargas de trabalho das estacas.

2.3.10 Mtodo de Karez-Rocha (2000)

Este mtodo foi proposto para a estimativa da carga ltima de estacas do tipo

hlice contnua, a partir da anlise de 38 provas de carga, realizadas nas regies sul e

sudeste do pas, correlacionando as informaes com os nmeros de golpes

encontrados nos resultados dos ensaios de sondagem a percusso SPT.

D

N N P ta Mediodaponadm 125,0

)60(

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30

Os dimetros das estacas analisadas variaram entre 35 e 80 cm, e o

comprimento mdio de 14,3 4,4 m.

A capacidade de carga obtida pela soma das parcelas de atrito lateral e de

ponta expostas nas equaes 2.39 e 2.40.

Resistncia por atrito lateral

(2.39)

onde:D = dimetro da estaca em metros;

N = soma de golpes de SPT ao longo do fuste da estaca.

Resistncia de ponta

(2.40)

onde:

Kkr = 210 para argila, 250 para siltes e 290 para areia;

N = nmero de golpes de SPT na ponta da estaca;

Ap= rea na ponta da estaca (m).

2.3.11 Mtodo de Vorcaro & Velloso (2000)

A partir do banco de dados organizado por Alonso (2000), os autores

estabeleceram, probabilisticamente, uma formulao com objetivo de prever a carga

ltima em estacas do tipo hlice contnua. Para isso, adotaram o princpio da

regresso linear mltipla, solucionando, por mnimos quadrados, um sistema formadopor vrias equaes que simulam, cada uma, o fenmeno descrito pela reao ltima

N DQ ult l ..9,4,

pkr ult p NA K Q ,

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medida em uma estaca carregada compresso, levando-se em considerao o solo

onde foram executadas, avaliado atravs dos resultados dos ensaios de SPT.

Para o clculo da carga de ruptura, os autores encontraram melhores

resultados limitando os valores do SPT ao longo do fuste em 50 golpes e na ponta da

estaca em 75 golpes.

A seguir, a equao 2.41 que foi proposta para o clculo da capacidade de

carga em estacas hlice contnua.

(2.41)

sendo:

(2.42)

(2.43)

Ap = rea da ponta da estaca (m);

U = permetro da estaca (m).

29,0ln36,1lnln34,0ln96,1 l l p p x x x xult eQ

;)( ponta spt p p N A x

;)( fuste spt l N U x

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32

A tabela 2.16, apresenta um quadro com o resumo dos mtodos de capacidade

de carga axial estudados.

Tabela 2.16 Resumo dos mtodos de capacidade de carga.MTODO ATRITO LATERAL RESIST. DE PONTA OBSERVAES

Meyerhof (1956) -

Aoki & Velloso (1975) -

Dcourt & Quaresma(1978)

Velloso (1981) -

Teixeira (1996) -

Dcourt et al. (1996)

Alonso (1996)

Antunes & Cabral(2000)

Krez e Rocha (2000) -

Gotlieb et al (2000) -

Vorcaro & Velloso

(2000)-

N DQ ult l ..9,4, pkr ult p NA K Q ,

B ND

AQ bult p4,0

, l U Q ult l ult l ,,

12 F KN

Al F

KN U Q l b

pult

503 N

ult pbult p q AQ ,, iult l ult l l U Q ,,

pbl ult A N L N UBQ

4.1

3.10

2 DCN L

N U Q ult

4.

..2

2, D

N Q bult p

l N DQ ult l )(.. 1, 22 /40. cmkgf N p

D

N N P ta Medioda ponadm 125,0

)60(

29,0ln36,1lnln34,0ln96,1 l l p p x x x x

ult eQ

( ) l U Q ult l ult l .. ,, ult p pult p q AQ ,,

0,1

3,0

4.1

3.10

2 DCN L

N U Qult

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2.4 COMPARAO ENTRE MTODOS SEMI-EMPRICOS

Nesta seo, sero apresentadas comparaes quantitativas de resistncias

unitrias, lateral e de ponta das estacas do tipo hlice contnua, quando da utilizao

dos mtodos semi-empricos. Sero comparados entre si os mtodos tradicionais que

possuem fatores para estacas tipo hlice contnua, Aoki-Velloso, 1975, mediante a

atribuio dos fatores para este tipo de estaca atravs de trs trabalhos de final de

curso da UFRJ, e Dcourt-Quaresma, 1978, modificado por Dcourt et al, 1996, alm

de alguns mtodos especficos para este tipo de estaca (Alonso, 1996, Antunes-

Cabral, 1996 e Karez-Rocha, 2000).

O objetivo foi verificar quais mtodos possivelmente apresentaro resultados

mais conservadores e quais se comportaro de forma mais arrojada no que diz

respeito ao resultado final da estimativa de capacidade de carga.

Para uma melhor visualizao, as comparaes aqui realizadas entre as

parcelas unitrias de resistncia por atrito lateral e de ponta, sero obtidas de maneira

independente.

Estudos mais aprofundados e com o mesmo intuito, foram realizados por

Francisco et al. (2004), mediante a comparao das estimativas de capacidade de

carga utilizando mtodos semelhantes aos utilizados neste trabalho com os resultados

apresentados em um conjunto de 106 provas de carga estticas. As estacas hlice

possuam geometrias diferentes e os solos ensaiados caractersticas distintas. Os

resultados das avaliaes indicaram que a maioria dos mtodos analisados fornecem

boas previses, exceo feita para as estacas hlice contnua com grandes dimetros

as quais foram introduzidas no mercado mais recentemente.

2.4.1 Resistncia unitria por atrito lateral

Ao analisar a parcela da resistncia unitria por atrito lateral das equaes para

estimativa de capacidade de carga axial de estacas, observa-se que os mtodos de

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Aoki-Velloso, 1975 e Antunes-Cabral, 1996; apresentam, alm do NSPT, outros fatores

relacionados ao tipo de solo em contato com o fuste da estaca. Os demais mtodos

(Dcourt et al, 1996, Alonso, 1996 e Karez-Rocha, 2000) consideram que a resistncia

unitria por atrito lateral, deve ser estimada apenas com os dados relativos de N SPT,

pois admitem que este valor j leva em considerao o tipo de solo. Sendo assim os

mtodos de Aoki-Velloso, 1975 e Antunes-Cabral, 1996; apresentam um limite inferior

e superior para as estimativas de resistncia unitria por atrito lateral.

A comparao foi estabelecida atravs de um grfico de resistncia unitria

lateral em funo do NSPT e est exibida na figura 2.5. Ressalta-se, que para cada

mtodo proposto, foram utilizados os fatores das tabelas do captulo 2.

Figura 2.5 Comparao de resistncia lateral unitria por mtodos semi-empricos.

Mediante a visualizao do grfico possvel concluir que, os limites inferioresdos mtodos de Aoki-Velloso, 1975 e Antunes-Cabral, 1996; possuem respostas muito

parecidas, sendo previstos os valores mais conservativos de resistncia unitria lateral

entre todos os mtodos analisados. J os limites superiores destes mtodos se

distanciam um pouco mais entre si, sendo o limite superior do segundo, relativamente

mais arrojado que o do primeiro.

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O mtodo de Alonso, 1996; apresenta valores praticamente coincidentes com o

limite superior do mtodo de Aoki-Velloso, 1975. Deste modo pode-se considerar este

mtodo como sendo ligeiramente arrojado em relao maioria dos mtodos; exceo

feita ao mtodo de Karez-Rocha (2000) que apresenta valores praticamente

coincidentes com o limite superior do mtodo de Antunes-Cabral, 1996 e desta forma

se comporta de forma arrojada em relao aos demais mtodos. Observa-se tambm,

que o mtodo de Dcourt-Quaresma modificado por Dcourt et al, 1996; apresenta

valores praticamente intermedirios em relao aos demais mtodos.

2.4.2 Resistncia unitria de ponta ou base

Para a anlise da parcela da resistncia unitria de ponta das equaes para

estimativa de capacidade de carga axial de estacas, diferentemente do que ocorre na

resistncia unitria lateral, todos os mtodos levam em considerao o tipo de solo em

contato con regio da ponta da estaca, sendo assim, foram gerados um limite inferior e

outro superior para cada mtodo comparado, determinando assim, faixas de valorespossveis por mtodo. A figura 2.6 mostra um grfico de resistncia unitria de ponta

versus nmero de golpes N do ensaio SPT.

Figura 2.6 Comparao da resistncia de ponta unitria por mtodos semi-empricos.

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Diante do grfico possvel notar que, o limite superior do mtodo de Aoki-

Velloso, 1975; apresenta valores superiores aos demais mtodos analisados, sendo

considerada a estimativa mais arrojada possvel. Cabe ainda destacar que este, o

mtodo que abrange a maior faixa de valores entre os limites inferior e superior.

Na outra mo, os mtodos de Karez-Rocha, 2000 e Dcourt-Quaresma, 1978,

modificado por Dcourt et al, 1996; se apresentam com a menor variao entre a faixa

de valores possveis. No entanto, a faixa de valores de Karez-Rocha, 2000; apresenta-

se situada bem centralizada em relao faixa de valores de Aoki-Velloso, 1975,

podendo ser considerada de utilizao arrojada.

J a faixa de valores de Dcourt-Quaresma modificado por Dcourt et al, 1996;

se concentra perto do limite inferior de Aoki-Velloso, 1975; de modo que se comporta

de forma conservativa em relao aos demais mtodos.

A faixa de valores de Antunes-Cabral, 1996; e Alonso, 1996; so prximas

entre si e se comportam de maneira intermediria em relao s faixas de valores dos

mtodos de Karez-Rocha, 2000; e Dcourt-Quaresma modificado por Dcourt et al,

1996.

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3. ESTACAS HLICE MONITORADA

3.1 GENERALIDADES

As estacas hlice surgiram nos Estados Unidos entre 1950 e 1960, e a partir de

1970 comearam a serem utilizadas tambm na Alemanha e Japo, com dimetros de

30 a 40cm aproximadamente. No entanto, somente a partir de 1980, comearam a ser

largamente utilizadas na Europa. (Antunes e Tarozzo, 1996; Albuquerque, 2001;

Polido, 2013).

Este tipo de estaca foi introduzido em nosso pas somente em 1987 com a

utilizao de equipamentos adaptados. S a partir de 1993, houve um grande

progresso e desenvolvimento do uso destas estacas no Brasil, atravs da importao

de equipamentos especficos para execuo de estacas hlice. Os equipamentos

possuam maior fora de arranque e torque, viabilizando a execuo de estacas com

at 800 mm de dimetro a um comprimento mximo de 24 metros. Ao longo dos anos,

foram adquiridos equipamentos de maior porte, de modo que atualmente j possvel

executar estacas com 1.400 mm de dimetro a profundidades de 34 metros, e com acontnua evoluo dos equipamentos o portiflio de opes de dimetros e

profundidades s tende a aumentar.

De acordo com a NBR-6122/2010, existem dois tipos de estaca hlice

monitoradas: a primeira e mais comumente utilizada a estaca hlice contnua

monitorada e a segunda a estaca hlice de deslocamento monitorada.

3.2 ESTACAS HLICE CONTNUA MONITORADA

A NBR-6122/2010 define este tipo de estaca como sendo de concreto moldada

in loco, executada mediante a introduo no terreno, por rotao, de um trado

continuo de grande comprimento de geometria helicoidal. A injeo de concreto feita

pela haste central do trado simultaneamente sua retirada.

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Como esta estaca uma das mais utilizadas no Brasil, a seguir ser descrito

em detalhes seu processo executivo.

3.2.1 Processo executivo

A metodologia executiva inerente s estacas hlice contnua bastante

simples, como mostra a figura 3.1, e pode ser dividida em trs etapas: perfurao,

concretagem simultnea a extrao da hlice do terreno, e colocao da armadura.

Figura 3.1 Perfurao do terreno (obra estudada).

a) Perfurao

A perfurao executada pela cravao da hlice no terreno, por meio de

movimento rotacional proveniente de motores hidrulicos acoplados em sua

extremidade, com um torque apropriado para que a hlice vena a resistncia imposta

pelo solo, atingindo a profundidade determinada em projeto. importante ressaltar

que, a perfurao executada sem que em nenhum momento a hlice seja retirada do

furo. A figura 3.2 mostra o momento da perfurao de uma estaca hlice da obra em

estudo.

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b) Concretagem

A concretagem da estaca comea depois de atingida a profundidade desejada,

por bombeamento do concreto pelo interior da haste tubular. O concreto sai do

caminho betoneira, sendo injetado pela extremidade superior da haste, como pode

ser observado na figura 3.4. A tampa metlica provisria expulsa devido presso

do concreto e a hlice passa a ser extrada pelo equipamento, sem girar ou, no caso

de solos arenosos, como o que ocorre na regio em estudo, girando muito lentamente

no sentido da perfurao.

O concreto injetado sob presso positiva. A presso positiva objetiva garantir

a continuidade e a integridade do fuste da estaca e, para isto, necessria a

observao de dois aspectos executivos fundamentais nesta fase. O primeiro

garantir que a ponta do trado, durante a perfurao, tenha atingido um solo que

permita a formao da bucha, para que o concreto injetado se mantenha abaixo da

ponta da estaca, evitando que o mesmo retorne pela interface solo-trado. O segundo

aspecto o controle da velocidade de retirada do trado, de forma que sempre haja um

sobre-consumo de concreto.

Figura 3.4 Concretagem de uma estaca na obra estudada.

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Assim como a perfurao, imprescindvel que a concretagem ocorra de forma

contnua e ininterrupta; desta maneira, as paredes onde se formar a estaca ficaro

sempre suportadas pelo solo presente entre as ps da hlice, acima da ponta do

trado, e pelo concreto que injetado, abaixo da face inferior da hlice. Usualmente

utilizada bomba de concreto acoplada ao equipamento de perfurao atravs de

mangueira flexvel de 100 mm de dimetro interno.

Durante a retirada do trado, a limpeza do solo contido entre as ps da hlice

normalmente realizada de forma manual como mostra a figura 3.5 ou com um limpador

de acionamento hidrulico ou mecnico acoplado ao equipamento, que remove o

material, sendo este, deslocado para fora da regio do estaqueamento, normalmente

com utilizao de p carregadeira de pequeno porte.

Figura 3.5 Retirada manual do solo entre as ps da hlice (obra estudada).

A NBR-6122/2010 especifica que o concreto a ser utilizado deve satisfazer as

seguintes exigncias:

Concreto usinado e bombeado

Consumo mnimo de cimento: 400kg/m3

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Resistncia compresso aos 28 dias: f ck > 20Mpa

Agregados areia e pedrisco

Fator gua/cimento: 0,50 a 0,60

Ensaio de abatimento (Slump Test): 220 35 mm;

Exsudao: < 1,0%

% de argamassa em massa: > 55%

c) Colocao da armadura

As estacas hlice contnua tm suas armaduras inseridas somente aps a

concluso da concretagem e isso limita o comprimento da armadura, assim como

pode inviabilizar o uso desta soluo quando sujeita a esforos de trao ou quando

utilizadas como elemento de conteno. A literatura internacional recomenda que as

armaduras sejam instaladas por vibrao, mas tambm podem ser inseridas por

gravidade ou por compresso de um pilo.

3.2.2 Controle da execuo

A estaca hlice contnua monitorada na execuo por um sistema

computadorizado especfico. Existem diversos equipamentos para o monitoramento,

na obra em estudo, por exemplo, foi utilizado o da marca Compugeo, modelo

S.I.M.H.E.C. Estes equipamentos fornecem ao todo 6 parmetros grficos e 11

numricos durante a execuo da estaca, dentre eles: profundidade, tempo, inclinaoda torre, velocidade de penetrao do trado, velocidade de rotao do trado, torque,

velocidade de retirada (extrao) da hlice, volume de concreto lanado, e presso do

concreto. A Figura 3.6 mostra o modelo utilizado na obra. Ao final da execuo da

estaca, o sistema emite uma folha de controle com os referidos dados.

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Figura 3.6 Equipamento utilizado para a monitorao eletrnica na obra estudada.

3.2.3 Vantagens e desvantagensO uso das estacas tipo hlice contnua tem aumentado a cada ano no Brasil, e

isso tem ocorrido devido srie de vantagens que esse tipo de fundao oferece.

No meio tcnico da engenharia de fundaes, uma das maiores preocupaes

correlao ao uso de estacas que diminuam ou, se possvel, eliminem as vibraes

causadas durante sua execuo, um dos grandes inconvenientes relacionados a

estacas pr-moldadas em geral.

As principais vantagens decorrentes do uso deste tipo de fundao esto

listadas abaixo:

Alta produtividade, diminuindo substancialmente o cronograma da obra com

utilizao de apenas uma equipe de trabalho;

Ausncia quase total de distrbios e vibraes tpicos dos equipamentos

utilizados para estacas cravadas;

Baixo nvel de rudo durante a execuo;

Grande variedade de solos em que pode ser utilizado este tipo de estaca,

inclusive rochas brandas, exceto na presena de mataces e rochas;

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Podem perfurar solos com SPT acima de 50 e a perfurao no gera detritos

poludos por lama bentontica, eliminando os inconvenientes relacionados

disposio final do material resultante da escavao;

Execuo monitorada eletronicamente;

Perfurao sem necessidade de revestimento ou fluido de estabilizao (lama

bentontica ou polmeros) para conteno do furo, pois o solo fica contido entre

as ps da hlice;

Podem ser utilizadas na presena de nvel de gua;

A injeo de concreto sob presso garante uma melhor aderncia no contato

estaca-solo e consequentemente maior resistncia lateral do elemento.

Em contrapartida, assim como em qualquer outra fundao, tambm existem

desvantagens que esto listadas abaixo:

As reas de trabalho devem ser planas e de fcil movimentao, devido ao

porte dos equipamentos, assim como o solo deve ter capacidade de suportar o

peso dos equipamentos, durante seu transporte e a execuo da estaca;

Em decorrncia de sua alta produtividade e do alto volume de concreto

demandado durante a execuo das estacas, necessria a presena de uma

central de concreto nas proximidades do local da obra;

Necessidade de um equipamento para a limpeza do material gerado durante aescavao;

Limitao da armao e do comprimento da estaca segundo o alcance do

equipamento;

Necessidade de uma quantidade mnima de estacas para compensar o custo,

normalmente elevado, de mobilizao dos equipamentos. Sua utilizao em

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locais distantes dos centros, onde normalmente estes equipamentos so

disponveis, tende a elevar ainda mais o custo de transporte do maquinrio;

A qualidade na execuo depende da sensibilidade e experincia do operador

da perfuratriz de execuo da hlice.

3.3. OUTROS TIPOS DE ESTACAS HLICE MONITORADA

3.3.1. Estacas Hlice de deslocamento monitorada

De acordo com a NBR-6122/2010 a estaca hlice de deslocamento monitorada

uma estaca de deslocamento, de concreto moldada in loco, executada mediante aintroduo no terreno, por rotao, de um trado com caractersticas tais que

ocasionem um deslocamento do solo junto ao fuste e ponta, no havendo retirada de

solo. A injeo de concreto feita pelo interior do tubo central.

Esta estaca se assemelha a estaca hlice contnua monitorada, as diferenas

decorrem tanto do emprego de trados especiais, como do procedimento de execuo

com o trado convencional. Segundo Velloso e Lopes, 2010; pelo menos dois tipos de

estacas hlice com deslocamento de solo devem ser mencionados: mega e atlas.

Estas estacas diferem da estaca hlice contnua monitorada na medida em que a

ferramenta helicoidal (ou trado) que penetra o terreno concebida de maneira a

afastar o solo lateralmente na hora em que a ferramenta introduzida ou extrada.

As estacas mega podem ser executadas com dimetro de 30 cm at 60 cm e

comprimento de at 35 m. A carga admissvel pode chegar a 2.000 kN. A figura 3.7

exibe a metodologia executiva da estaca que pode ser dividida nas seguintes fases:

penetrao por movimento de rotao e eventualmente fora de compresso de trado,

o tubo central fechado por uma ponta metlica que ser perdida, a penetrao

levada at a profundidade prevista; introduo da armadura no tubo (em todo o

comprimento da estaca), enchimento do tubo com concreto plstico; retirada do tubo

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com movimento de rotao no mesmo sentido e, eventualmente, esforo de trao;

simultaneamente o concreto bombeado.

Figura 3.7 Processo executivo da estaca mega (Velloso e Lopes, 2010).

O trado projetado de tal forma que, mesmo quando se chega prximo

superfcie do terreno na retirada do tubo, o solo pressionado para baixo, sem

qualquer sada de solo.

As estacas atlas podem ser executadas com dimetro entre 36 e 60 cm e

atingirem comprimentos de at 25 m. A execuo semelhante a da estaca mega,

diferindo na forma de retirada do tubo, que feita por movimento de rotao em

sentido contrrio ao da introduo dele, como mostra a figura 3.8.

Figura 3.8 Processo executivo da estaca Atlas (Velloso e Lopes, 2010).

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3.3.2 Estacas hlice mista monitorada

Uma proposta para um novo modelo de estaca hlice tem sido testada em

algumas obras recentes, tal proposta consiste em uma soluo intermediria em

relao aos tipos existentes e mencionados pela NBR-6122/2010.

Este novo tipo de est aca hlice tambm moldada in loco e executada

mediante a introduo no terreno, por rotao, de um trado helicoidal convencional,

todavia, na regio da ponta da estaca ocorre um deslocamento de solo, enquanto que

ao longo de todo o fuste da estaca o solo retirado de forma simultnea e intermitente

ao processo de concretagem. As outras etapas do processo executivo a so similares

s apresentadas para as estacas anteriores. A figura 3.9 mostra cada etapa do

processo executivo.

Figura 3.9 Processo executivo da estaca hlice mista.

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4. ESTUDO DE CASO

Neste captulo, apresenta-se a localizao da obra, juntamente com as

investigaes geotcnicas realizadas, as quais foram preponderantemente utilizadas

no estudo proposto. So tambm descritas as especificaes das estacas piloto, alm

das principais caractersticas das provas de carga realizadas.

4.1 A LOCALIZAO DO EMPREENDIMENTO

O empreendimento residencial situado s margens da lagoa de Jacarepagu,

no bairro da Barra da Tijuca, no municpio do Rio de Janeiro/RJ. A figura 4.1 mostra a

localizao geogrfica do bairro.

Figura 4.1 localizao geogrfica do bairro da barra da tijuca(http://maps.google.com.br/maps, acesso em 05/08/2013).

A cidade do rio de Janeiro ocupa a margem ocidental da baa de Guanabara, e

desenvolveu-se sobre estreitas plancies aluviais comprimidas entre montanhas e

morros. Est assentada sobre trs grandes macios: Pedra Branca, Gericin e o da

http://pt.wikipedia.org/wiki/Margem_(geografia)http://pt.wikipedia.org/wiki/Ba%C3%ADa_de_Guanabarahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Plan%C3%ADcie_aluvialhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7o_da_Pedra_Brancahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Gericin%C3%B3http://pt.wikipedia.org/wiki/Gericin%C3%B3http://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7o_da_Pedra_Brancahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Plan%C3%ADcie_aluvialhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ba%C3%ADa_de_Guanabarahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Margem_(geografia)

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Tijuca com picos de interesse turstico como o Bico do Papagaio, Andara, Pedra da

Gvea, Corcovado, o Dois Irmos e o Po de Acar.

Diversas lagoas, como as da Tijuca, Marapendi, Jacarepagu e Rodrigo de

Freitas formaram-se nas baixadas, muitas vezes formando regies com grande

acumulo de sedimentos.

A figura 4.2 mostra em detalhe a localizao da rea de estudo, com

visualizao do bairro (Barra da Tijuca), no municpio do Rio de Janeiro.

Figura 4.2 localizao geogrfica da rea de estudo(http://maps.google.com.br/maps, acesso em 03/07/2013).

O empreendimento residencial Rio Office Park H Essence fica sediado na

Avenida Embaixador Abelardo Bueno, n 1.111. A figura 4.3 exibe imagem de satlite

da regio.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7o_da_Tijucahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Morro_do_P%C3%A3o_de_A%C3%A7%C3%BAcarhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_de_Marapendihttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_de_Jacarepagu%C3%A1http://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_Rodrigo_de_Freitashttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_Rodrigo_de_Freitashttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_Rodrigo_de_Freitashttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_Rodrigo_de_Freitashttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_de_Jacarepagu%C3%A1http://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_de_Marapendihttp://pt.wikipedia.org/wiki/Morro_do_P%C3%A3o_de_A%C3%A7%C3%BAcarhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7o_da_Tijuca

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Figura 4.3 rea de interesse para o empreendimento imobilirio (as margens dalagoa de Jacarepagu) em imagem de satlite (vista em planta) obtida em

Google.com, dia 03/05/13.

A figura 4.4 apresenta uma maquete ilustrativa da fase final doempreendimento.

Figura 4.4 Maquete ilustrativa do empreendimento.

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4.2 SONDAGENS PERCUSSO

Toda obra de engenharia civil exige um conhecimento mnimo do solo, seja ele

utilizado como material de construo ou como elemento de suporte. Na elaborao

de projetos de fundaes, em carter genrico essencial: conhecer a estratigrafia do

terreno, classificar as camadas do solo e determinar as propriedades mecnicas do

mesmo. A obteno destas propriedades pode ser feita atravs de ensaios de

laboratrio ou de campo. Na prtica da engenharia brasileira, entretanto, h

predominncia dos ensaios in situ . O Standard Penetration Test (SPT) tambm

chamado de sondagem percusso ou de simples reconhecimento sem dvida, a

mais popular, rotineira e econmica ferramenta de investigao geotcnica em

praticamente todo o mundo, pois possui um procedimento de simples execuo

(Danziger, 2007).

Este ensaio normatizado no Brasil pela NBR-6484/2001 e constitui-se em

uma medida de resistncia dinmica do solo conjugado com a obteno de amostras

representativas do mesmo. A perfurao do terreno feita atravs de um trado e da

circulao de gua, sendo utilizado um trpano de lavagem como ferramenta de

escavao. As amostras representativas do solo so coletadas a cada metro de

profundidade por meio de um amostrador padronizado, com dimetro externo de

50 mm. O ensaio, conforme previsto em norma, consiste basicamente na cravao do

amostrador padro no solo, atravs de queda livre de um peso de 65 kg, caindo de

uma altura de 75 cm.

Para iniciar uma sondagem, monta-se sobre o terreno, no ponto onde esto

locados os furos, um cavalete de quatro pernas; em seu topo montado um conjunto

de roldanas, por onde passa uma corda, geralmente de sisal. Este conjunto auxiliar

no manuseio e levantamento do peso, como pode ser observado na figura 4.5.

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Figura 4.5 Sondagem de simples reconhecimento percusso SPT.

Com o auxilio de um trado cavadeira, perfura -se o terreno at a profundidade