As provas de carga estáticas foram realizadas de acordo com a NBR 12.131/1991. Foram realizadas quatro prova de carga à compressão, do tipo lenta (SML).
SISTEMA DE PROVA DE CARGA
O sistema de provas de carga à compressão é composto por:
Macaco hidráulico;
Bomba hidráulica;
Relógio comparador (extensômetros analógicos);
Viga e tirantes de reação, bem como porcas, contra-porcas e chapas de aço de travamento;
Vigas de referência;
Estaca de compressão;
Estacas de tração.
Foram executadas as seguintes estacas escavadas no campo experimental: Tabela 13 – Dados das estacas executadas
Estaca Tipo Df (mm) Da (mm) Num. bulbos Le(m) E1 Compressão 300 440 3 5 E2 Compressão 300 300 0 5 E3 Compressão 300 300 0 5 E4 Compressão 300 440 3 5 sendo: Df = diâmetro do fuste
Da= diâmetro final do fuste (para estacas com alargamentos) Le= comprimento final da estaca
46 Além destas quatro estacas de compressão, foram, ainda, executadas 4 estacas de reação, com diâmetro de 400 mm, comprimento de 6 m, com 3 alargamentos no fuste, como pode ser visto no Anexo 2 deste trabalho. Foram executadas estacas com 400 mm de diâmetro para aumentar a segurança do ensaio.
Nas estacas testadas à compressão, foram aplicadas cargas por macaco hidráulico apoiado sobre o bloco de coroamento da estaca (Figura 26), sendo que o sistema bomba/macaco hidráulico estava devidamente calibrado. As cargas aplicadas no macaco reagiram tracionando as barras de aço posicionadas nas estacas de reação e comprimindo o sistema de vigas metálicas apoiadas sobre o bloco da estaca central. Foi realizado o Ensaio de Carregamento Lento com carga mantida – SM ou SML (Slow Maintained Load Test), com carregamento realizado em incrementos iguais (de 20 % da carga de trabalho prevista). Cada estágio foi mantido até se atingir a estabilização dos deslocamentos. Em todos os incrementos de carga foi respeitado o tempo de 30 minutos para estabilização dos recalques.
Os carregamentos eram verticais, centrados, praticamente estáticos (considerando o tempo total do ensaio), sendo feitos registro dos deslocamentos verticais correspondentes, conforme prescrito na norma brasileira citada anteriormente.
47 Os deslocamentos verticais provocados durante os carregamentos foram medidos, simultaneamente, no topo do bloco de coroamento, através de quatro extensômetros analógicos, com leituras diretas, com precisão de até 0,01mm, e leitura máxima de 50 mm. Estes instrumentos foram instalados em vigas de madeira de referência, no eixo ortogonal ao da estaca (Figura 27). Os extensômetros foram posicionados um em cada extremidade do bloco. As vigas de referência de madeira foram fixadas, independentes da estrutura de reação, em locais isentos de movimentação.
A escolha da viga de referência de madeira foi feita, por esta apresentar dilatações térmicas reduzidas, o que não ocorre em vigas metálicas, que, quando expostas ao sol, podem sofrer deslocamentos que interfeririam nos resultados das provas de carga. O sistema de carregamento foi composto por um macaco hidráulico com capacidade de 100 ton./f, ligado a uma unidade hidráulica com bombeamento de óleo hidráulico de 1l/min, motor de 5cv e pressão máxima de 310 bar (Figura 26). Este conjunto foi aferido previamente à execução do ensaio.
Figura 27 – Detalhe prova de carga
O sistema de reação, com capacidade de 100 toneladas, com segurança satisfatória para a execução do ensaio, foi composto por uma barra de tirante de 20 mm inseridas em cada estaca de tração. A viga de reação era constituída por dois perfis de aço Gerdau HP 310 x 125, reforçados por enrijecedores, unidos nas mesas por chapas de aço. O projeto
48 do sistema de reação foi calculado com muita cautela. Foi feita uma parceria com engenheiros da Gerdau, para que o dimensionamento fosse realizado da maneira mais segura, assim, obteve-se esta configuração de perfil de aço, que pode ser verificada no Anexo 4 deste trabalho. Foram levados em conta os seguintes dados técnicos no cálculo:
Viga bi-apoiada calculada para um vão livre de 3,0 m;
Aplicação de uma carga concentrada no centro do vão de 100 tf;
Viga sem contenção lateral;
Para a carga em questão, a viga de reação sofrerá uma deformação máxima de 5 mm.
Foram executados, ainda, enrijecedores para evitar esmagamento da alma dos perfis, e foi feita a soldagem entre os perfis com penetração devido à espessura da aba dos mesmos.
Para garantir a deformação máxima que foi estipulada em projeto para estes perfis, foi realizada a leitura, através dos relógios comparadores, no centro da viga. Com essa leitura pôde-se garantir a segurança durante a realização do ensaio. Além disso, havia dois relógios comparadores posicionados nas extremidades da viga de reação, como pode ser observado na Figura 28. Essa leitura foi extremamente importante, evidenciando que o sistema de reação esteve imóvel durante a realização do ensaio. Para garantir a imobilidade das vigas de reação, foram posicionadas porcas na parte superior e inferior da viga, apoiadas sobre placas de aço.
49 No final de cada ensaio foram verificadas as ondulações transversais em forma de hélice das barras do tirante, havia a preocupação destas terem sido desgastadas, o que poderia indicar deslocamentos não medidos, porém as barras estavam íntegras, sem desgaste nas ondulações, indicando correto dimensionamento.
O peso total do sistema: viga metálica e macaco hidráulico, de 1,2 ton, teve sua carga adicionada nas tabelas apresentadas no Anexo 3.
Os ensaios foram realizados tomando cuidado com todo tipo de detalhe, verificando possíveis interferências, tais quais: tirantes mal posicionados, excentricidade dos macacos, incorreta instalação dos extensômetros, conferência de vazamento de óleo na bomba e no macaco, etc.
Tomou-se o cuidado com a calibração, tanto das bombas, quanto dos macacos e extensômetros, pois a má calibração poderia trazer resultados mascarados. Assim, a calibração de todo sistema foi realizada por uma empresa especializada na cidade de Cascavel - Paraná.
A seguir, uma vista completa do local aonde foram ensaiadas as estacas, com a cobertura contra intempéries e drenagem lateral (Figura 29)
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3.4 - ESTACA EXTRAÍDA
Foi realizada a extração (exumação) de uma das estacas ensaiadas, com a finalidade de verificar a integridade do fuste e dos alargamentos. Para isso, foi escavado ao redor da mesma com uma perfuratriz hidráulica para desconfinar a região periférica da estaca (Figura 30) e facilitar a retirada posterior com guincho. A estaca extraída foi a estaca E1, isto se deu pelo fato desta estaca estar melhor posicionada no campo experimental, para que fosse realizada sua extração.
Depois de retirar parte do solo da região periférica da estaca, foi feita a verificação dos alargamentos. Essa medida foi tomada, pois havia a preocupação da quebra dos mesmos durante a extração, assim, se isto ocorresse, perder-se-ia a avaliação da integridade dos bulbos (Figura 31)
51 Figura 31 – Inspeção da estaca dentro do poço.
A Figura 32 mostra o guincho retirando a estaca para posterior análise, e a Figura 33 apresenta a estaca já posicionada na superfície, ainda com solo agregado a estaca. Pode- se perceber que na região do alargamento há um acúmulo maior de solo. A estaca foi então lavada para realização das posteriores análises.
52 Figura 32 – Guincho para extração da estaca
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CAPÍTULO 4 - MODELAGENS NUMÉRICAS DE
ESTACAS
Neste Capítulo serão apresentadas as simulações pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) realizadas com o programa PLAXIS 2D. As simulações foram realizadas com dois propósitos: encontrar uma validação das provas de carga realizadas em campo e descobrir melhores soluções para o método. As características das provas de carga no campo foram mantidas, como geometria da estaca e carregamento. Os parâmetros geotécnicos foram obtidos através de diversas pesquisas a trabalhos anteriores (apresentadas no Capítulo 2.4.1), que melhor se ajustaram aos resultados obtidos em campo nas provas de carga estáticas. As simulações que visam melhorar o uso dos alargamentos foram: aumento ou diminuição do número de alargamentos no fuste; uso de alargamentos em camadas intermediárias de alta resistência; e execução de alargamentos com maiores diâmetros.
Justifica-se a escolha do programa PLAXIS 2D pelo mesmo ser uma importante ferramenta computacional de estruturas geotécnicas, cuja análise é feita em Elementos Finitos triangulares, obtendo resultados de deformação e estabilidade de estruturas geotécnicas, com precisão notável.
SIMULAÇÕES PELO PLAXIS
PLAXIS (Finite Element Code for Soil and Rock Analyses, Version 8.2) é um pacote de Elementos Finitos desenvolvido para aplicações a problemas geotécnicos 2D pela Technical University of Delft, Holanda, desde 1987, e sucedida a partir de 1993 pela empresa comercial Plaxis. O programa numérico foi elaborado visando constituir-se de uma ferramenta numérica amigável para uso de engenheiros geotécnicos com conhecimentos de procedimentos numéricos. Com isto, obteve-se um programa computacional de uso prático e fácil, pois a malha de elementos é gerada a partir da geometria do problema, sem necessidade de se fornecer os nós através de suas coordenadas cartesianas.
54 No software, é possível utilizar as seguintes leis constitutivas: Elasticidade Linear, modelo de Mohr-Coulomb (Comportamento elasto-perfeitamente plástico), Modelo Elasto-Plástico com endurecimento isotrópico (dependência hiperbólica da rigidez do solo em relação ao estado de tensão), Modelo de Amolecimento (Soft-Soil Model) e lei constitutiva para creep (comportamento dependente do tempo).
O software funciona em sistema Windows e sua estrutura computacional está dividida em quatro sub-programas: o primeiro uma sub-rotina de entrada de dados (Input); o segundo de cálculo (Calculation); o terceiro de saída de resultados (Output); e por fim, um para edição de curvas obtidas em pontos selecionados na malha de Elementos Finitos (Curves). Cada uma dessas estruturas será descrita a seguir. A simulação com o PLAXIS versão 8.2 foi realizada no laboratório da COPPE/UFRJ.