Estimativa da Capacidade de Carga de Estacas Hélice Contínua Monitorada a Partir de
Métodos Semiempirícos e de Ensaios de Prova de Carga Estática em Sinop-MT
Loading Capacity Estimate of Monitored Continuous Flight Auger From Semiempirical
Methods And Static Load Testing in Sinop-MT
Juliano da Rocha Soares1, Diego Medeiros Weber2
Resumo: No campo das engenharias, em especial na Engenharia Geotécnica, o solo apresenta-se como uma variável complexa, o que torna seu estudo fundamental para a execução de obras de fundações. Em se tratando de fundações
profundas moldadas “in loco” por meio de estacas escavadas, estas têm sido largamente empregadas há décadas no Brasil. Contudo, no município de Sinop, localizado na região norte do Estado de Mato Grosso, o primeiro emprego desta particularidade de fundação ocorreu apenas no ano de 2011, em uma edificação de 19 pavimentos, na qual foram executadas 240 estacas Hélice Contínua Monitorada (HCM) de diâmetros 40 e 60 cm, sendo todas com 30 m de comprimento. Neste contexto, esta pesquisa objetiva estimar a capacidade de carga de estacas escavadas do tipo HCM a partir dos Métodos Semiempíricos de Aoki & Velloso (1975) e Décourt & Quaresma (1978) e, por último, comparar com os resultados obtidos com os resultados experimentais advindos do Ensaio de Provas-de-Carga Estática. Dessa forma, tal comparação se faz necessária para indicar qual método mais se aproxima da capacidade de carga para fundações com mesmas características e apoiadas sobre a mesma superfície resistente.
Palavras-chave: Fundações, estaca, prova de carga, município de Sinop-MT, solos argilo-arenosos.
Abstract: In the Engineering field, especially Geotechnical Engineering, the soil is a complex variable whose study is fundamental to the execution of foundation works. In regard to deep foundations molded “in loco” through bored piles,
they have been largely used for decades in Brazil. However, in the city of Sinop, located in the north region of Mato Grosso State, the first use of this foundation happened just in 2011 in a nineteen-floor building in which were employed 240 bored piles (40 and 60 centimeters in diameter and 30 meters in length) of the type Monitored Continuous Flight Auger (MCFA). In this context, this research is aiming to estimate the high loading capacity of bored piles of the type MCFA from Semiempirical Methods of Aoki-Velloso (1975) and Décourt-Quaresma (1978) and to compare with experimental results arising from Static Load Testing. Such a comparison is necessary to indicate which of these methods is able to get closer to the loading capacity to foundation with the same characteristics and supported on the same resistant surface.
Keywords: Foundations; bored piles; city of Sinop-MT; sandy-clay soils.
1 Introdução
O aumento do uso de fundações profundas nas últimas décadas no Brasil tem elevado à necessidade de estudos que aprimorem suas características, a fim de, conforme Alonso (1991), garantir que as obras projetadas e executadas atendam as condições mínimas de segurança, funcionalidade e durabilidade quando submetidas as ação das cargas em serviço.
Em se tratando de fundações profundas moldadas “in loco” por meio de estacas escavadas, estas têm sido
largamente empregadas para suportar cargas de pequeno, médio e elevado porte há décadas no Brasil. De acordo com Alonso (2000), o que mais marcou a década de 1990 no meio técnico foi à introdução, ainda em 1987, da estaca Hélice Contínua Monitorada (HCM), que passou a ser amplamente difundida a partir de 1993 com o aperfeiçoamento da técnica e do ganho de competitividade econômica devido à importação de equipamentos melhor projetados.
Segundo Silva (2008), em função do avanço experimentado pela engenharia geotécnica brasileira nas últimas décadas, a busca por melhorias nos processos de execução de fundações fez-se necessário para atender as exigências de cargas cada vez maiores a serem transmitidas ao solo.
Sendo assim, o desenvolvimento do uso da fundação em HCM tem impulsionado o campo profissional e acadêmico a conhecer melhor o comportamento dessas estacas em solos brasileiros, seja em termos de capacidade de carga ou deslocamentos, uma vez que um elemento de fundação está diretamente ligado ao solo sobre o qual se assenta, e este último é um material de grande variabilidade.
Embora existam métodos teóricos e semiempíricos para determinação da capacidade de carga em estacas, a realização do ensaio de Prova de Carga Estática apresenta-se como a maneira mais confiável de dimensionar e/ou conferir as cargas de projeto de uma fundação profunda, uma vez que, segundo Magalhães (2005), é o método que representa de forma real o comportamento de uma fundação profunda (estaca). Devido ao pouco conhecimento a respeito das propriedades de tensão e deformação em solos do município de Sinop-MT, é de suma importância que se conheça o comportamento solo-estaca, mediante a ensaios dinâmicos ou estáticos. No entanto, é de se sugerir que esses ensaios façam parte da rotina no controle tecnológico imposto a essa fase de construção, haja visto que, mediante acréscimo no banco de dados de provas de carga será possível promover uma maior confiabilidade e segurança aos empreendimentos, de forma a se reduzir a probabilidade de ruina das fundações profundas ali implantadas.
No município de Sinop, localizado na região norte do Estado de Mato Grosso, esta confiabilidade dos resultados de carga em estacas tornou-se ainda mais 1 Graduando em Engenharia Civil, UNEMAT, Sinop-MT, Brasil,
juliano@expand.eng.br
2 Engenheiro Civil, Professor, UNEMAT, Sinop-MT, Brasil,
essencial em virtude da característica intrínseca da região, cujo perfil geotécnico apresenta solos com características argilo-arenosas (Figura 1) e lençol freático raso, por volta de 2,50 m na época da estiagem e 0,80 m em períodos chuvosos. Esta questão acarretou em um atraso no desenvolvimento de edifícios de elevado porte na região, sendo a primeira fundação profunda em estacas executada apenas no ano de 2005, contando com o uso de estacas pré-moldadas em concreto protendido cravadas com “bate-estaca”.
Figura 1. Ilustração do tipo de solo encontrado na região de Sinop/MT.
Com a viabilidade transparecida pela execução desse empreendimento, outras construções foram concebidas nos últimos anos, com destaque para o pioneirismo no uso da fundação em estaca do tipo HCM na construção de um edifício de 19 pavimentos no ano de 2011.
Alonso (2000) afirma que, em fundações, é perigoso generalizar-se, ou seja, cada caso é um caso e, desta maneira, requer-se que sejam feitos estudos próprios que considerem todas as condicionantes e dados disponíveis. Ainda segundo Alonso (2000), esses estudos fazem parte
do chamado “tripé da boa fundação”, ou seja, aquela fundação que tem como premissa o tripé harmonioso fundamentado no projeto, execução e controle.
Ainda com relação aos estudos na fase de projeto, a própria NBR 6122 (ABNT, 2010) exige que seja conhecida a natureza do solo através de ensaios geotécnicos de campo, tais como as sondagens de simples reconhecimento, conforme preconiza em seu sub-item 4.3.2. O ensaio do tipo SPT (Standard Penetration Test) é executado de acordo com a NBR 6484 (ABNT, 2001).
Na obra adotada para estudo de caso, foram realizadas 6 (seis) sondagens de SPT, no entanto esses ensaios não representam de maneira significativa o comportamento geotécnico da região. Na primeira camada observa-se uma região pouco resistente, o qual o ensaio disponível não possui sensibilidade suficiente para fornecer bons resultados. Para avaliar a resistência dessa camada de solo, deveria ter sido realizada ensaios de Palheta para determinar a resistência não drenada do maciço. Porém, baseado nos parâmetros de resistência a penetração obtidos pelo SPT segue tal pesquisa.
Este trabalho tem o objetivo de estimar a capacidade de carga dos métodos semiempíricos de Aoki-Velloso (1975) e Décourt-Quaresma (1978 – estendido) e correlacioná-los com os resultados advindos dos ensaios de Prova de Carga Estática em estacas do tipo HCM executadas na cidade de Sinop, Mato Grosso.
Dentre os objetivos específicos desta pesquisa, podem-se citar:
Comparar a capacidade de carga última advindas das formulações semiempíricas supracitadas, a partir dos parâmetros obtidos nos ensaios do Standard Penetration Test (SPT) realizados durante a execução do Edifício “Ilhas Gregas” em Sinop;
Verificar o comportamento neste município em termos da capacidade de carga e recalque em estacas profundas;
Avaliar mediante a modelo determinístico tradicional, a comparação do fator de segurança (FS) admitido pelo projetista com o (FS) obtido com a prova de carga.
2 Fundamentação Teórica
Segundo Magalhães (2005), fundação é toda estrutura constituída por um elemento estrutural e pelo solo circundante capaz de suportar as solicitações impostas por ações externas. Elemento estrutural é aquele que recebe os esforços de ações diversas e transmite ao solo. A NBR 6122 (ABNT, 2010) classifica como fundação profunda aquela fundação em que a relação entre profundidade e a menor dimensão é maior que 2 (dois) e com profundidade mínima de 3,00 m.
No Brasil, quanto às fundações geralmente empregadas nas obras, destacam-se as fundações superficiais do tipo sapatas ou blocos e, para as fundações profundas, são comum o emprego de fundações do tipo estacas ou tubulões.
No que diz respeito à empregabilidade/escolha de cada tipo de fundação, essa pode ser feita por eliminação dos modelos existentes e, geralmente, “em obras civis com cargas elevadas e onde os solos superficiais apresentam baixa resistência executam-se fundações profundas, principalmente tubulões e estacas” (MAGALHÃES, 2005, p. 1).
Em fundações profundas existe o elemento estrutural do tipo estaca, sendo esta executada com auxílio de ferramentas ou equipamentos por distintos processos: cravação à percussão, prensagem, vibração, escavação, ou combinação entre os processos.
A estaca Hélice Contínua Monitorada (HCM) é uma
estaca de concreto moldada “in loco”, que consiste em uma perfuração do solo através de uma haste formada por um trado contínuo e da consequente injeção de concreto durante a retirada do trado e lançamento da armadura tal como mostra a Figura 2.
Figura 2: Execução da estaca HCM, (a) perfuração; (b) retirada do trado e concretagem; (c) colocação da armadura. Fonte:
A sua crescente aplicação se deve, principalmente, as vantagens decorrentes do processo produtivo, que por sua vez é monitorado nas fases de perfuração e concretagem da estaca. Dentre as vantagens, pode-se citar o elevado grau de produtividade, que gira em torno de 300 m/dia, poucos distúrbios de ruído e vibração, não interferência em edificações vizinhas e equipamentos dotados de instrumentos que monitoram continuamente a execução da estaca.
Ainda com relação ao monitoramento da execução das estacas HCM, Silva (2011) afirma que o controle tecnológico a partir da determinação da energia requerida para a instalação de estacas escavadas, quando devidamente mensurada por processos sistematizados para controlar a capacidade de carga, pode oferecer uma maior segurança e menor risco às obras de fundações que as utilizam.
A iteração superestrutura e infraestrutura ocorre quando, ao se aplicar um carregamento vertical advindo da superestrutura (pilar, por exemplo) sobre um elemento de fundação, estaca neste caso, esta irá resistir a tal solicitação parcialmente pela resistência ao cisalhamento gerada ao longo de seu fuste e parcialmente pelas tensões normais geradas ao nível de sua ponta, como mostra a Figura 3.
Figura 3: Iteração da superestrutura com a infraestrutura. Fonte: Wolenski (2009).
Deste modo, é extremamente importante conhecer o carregamento, ou a capacidade de carga, que poderá ser suportada pelos elementos de fundação até que o mesmo atinja seu limite de ruptura, ou seja, o recalque admissível.
É importante deixar claro que o conceito de ruptura adotado no trabalho refere-se à ruptura convencional, ou seja, aquela definida como sendo a carga correspondente a uma deformação da ponta, em relação ao seu diâmetro, equivalente a 10% para estacas de deslocamento ou, para estacas escavadas em solos granulares, 30%. Segundo Braga (2011), o cálculo da capacidade de carga devido à ruptura do solo pode ser determinada através do emprego de métodos estáticos, sendo esses divididos em teóricos ou semiempíricos. Para a aplicação do primeiro, é necessário o conhecimento de parâmetros do solo (coesão, módulo de elasticidade e outros). Já para o segundo, são necessários ensaios ”in situ” (SPT ou CPT, por exemplo).
De uma maneira geral, a carga última de uma estaca, é definida como sendo a soma das cargas máximas
suportadas pelo atrito lateral e pela ponta, como pode ser visto na Figura 4. Pode-se determinar a capacidade de carga de uma estaca, comumente, através de métodos semiempíricos e métodos experimentais (provas de carga).
Figura 4. Transferência de carga de uma estaca isolada. Fonte adaptada: Alonso (1991).
2.1 Métodos Semiempíricos
Em todo o mundo, pesquisadores tentam correlacionar, através de ajustes estatísticos equações que possuem relações diretas com métodos teóricos ou métodos práticos. As relações propostas para as estacas variam de acordo com o tipo de investigação geotécnica existente, assim como o tipo de solo encontrado nas regiões de cada país.
Os métodos semiempíricos são os mais utilizados no Brasil para previsão da capacidade de carga de estacas. As correlações predominantes estão baseadas no ensaio de SPT sendo este o ensaio mais difundido no Brasil. Os diversos métodos semiempíricos diferem na estimativa das parcelas de atrito lateral e de resistência de ponta. Sendo assim, neste trabalho optou-se por abordar os métodos de Aoki-Velloso (1975) e Decóurt-Quaresma (1978), já que, segundo Hachich (1998), são os dois métodos mais utilizados para efetuar o dimensionamento de fundações em estacas. É importante, todavia, fazer uma ressalva no que que diz respeito ao método de Decóurt-Quaresma (1978), uma vez que faremos o uso duma extensão do método proposta, inclusive, pelo próprio Decóurt et al. (1996).
2.1.1 Método de Aoki-Velloso (1975)
O método de Aoki-Velloso foi introduzido, em 1975, durante o 5ª Conferência Panamericana de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, que ocorreu em Buenos Aires (Argentina) e, desde então, vem sendo amplamente utilizado tanto em meio acadêmico quanto no campo comercial.
No método proposto originalmente, tanto as tensões-limite de carga última de ponta quanto à de atrito lateral eram avaliadas em função da tensão de ponta medida do Ensaio de Penetração do Cone (CPT). Posteriormente, as fórmulas foram adaptadas para o ensaio SPT.
Tal método calcula a carga última das estacas em função do tipo de solo e do tipo de estaca.
A carga última é dada em função das parcelas de atrito lateral e ponta.
n A A
l
D
K
L
P
=
.
.
.
.
n
1
(Equação 1)onde:
– é a parcela do atrito lateral (kN);
– diâmetro da estaca (m);
– coeficientes tabelados que variam em função do tipo de solo (ver Tabela 1);
– número de golpes de SPT de cada camada;
– comprimento da estaca (m);
– número de camadas.
A parcela de ponta é calculada conforme a equação 2
A PA
p
N
k
P
.
.
4
.D
=
2
(Equação 2)
em que:
– é a parcela de resistência de ponta (kN);
– número de golpes de SPT da camada de apoio da ponta da estaca.
– coeficiente tabelado que variam em função do tipo de solo (ver Tabela 1);
Tabela 1. Coeficiente KA e αA.
Tipo de Solo KA (MPa) αA (%)
Areia 1.000 1,4
Areia siltosa 800 2,0
Areia silto-argilosa 700 2,4
Areia argilosa 600 3,0
Areia argilosa-siltosa 500 2,8
Silte 400 3,0
Silte arenoso 550 2,2
Silte arenoso-argiloso 450 2,8
Silte argiloso 230 3,4
Silte argilo-arenoso 250 3,0
Argila 200 6,0
Argila arenosa 350 2,4
Argila areno-siltosa 300 2,8
Argila siltosa 220 4,0
Argila silto-arenosa 330 3,0
Fonte: Aoki e Velloso (1975).
Foram considerados pelos autores os coeficientes e , sendo estes definidos para se ponderar as diferenças de comportamento entre a estaca (protótipo) e o cone (modelo). Na Tabela 2 verificam-se os valores dos coeficientes de transformação, e , de acordo com o tipo de estaca.
Tabela 2. Coeficiente de transformação F1 e F2.
Tipo de estaca F1 F2
Franki 2,50 5,00
Pré-moldada 1,75 3,50
Metálica 1,75 3,50
Escavada 3,00 6,00
Hélice contínua, ômega e raiz 2,00 4,00 Fonte: Aoki e Velloso (1975).
A carga última é obtida pela resistência de ponta
e pelo atrito lateral divididos por e , respectivamente, conforme a seguinte expressão:
2 l
1 p
=
F
P
F
P
P
ult
(Equação 3)
Admitindo-se fator de segurança igual a dois, a carga admissível (Padm) é dada pela seguinte expressão:
2
ult adm
P
P
(Equação 4)A primeira proposição destes autores foi F1 = 3,5 e F2 = 7,0, para estacas escavadas com lama bentonítica. Porém, posteriormente, consolidaram-se os valores F1 = 3,0 e F2 = 6,0, que persistem até hoje.
Velloso-Alonso (2000) ressaltam que este método empírico, proposto há 30 anos, foi desenvolvido para uma determinada região geotécnica, devendo ser utilizado com cautela em outras regiões com o intuito de se obter uma maior confiabilidade nos resultados.
2.1.2 Método de Décourt-Quaresma (1978)
A formulação de Décourt-Quaresma como método de previsão da carga última de estacas foi apresentada durante a realização do 6º Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, promovido pela ABMS (Associação Brasileira de Mecânica dos Solos), em 1978, o qual se fundamentava no valor N do ensaio de SPT e a partir de uma estaca padrão. Esse método foi originalmente estabelecido para estacas de deslocamento, sendo realizados posteriormente vários aprimoramentos com o objetivo de se adequar a outros tipos de estacas e ensaios, inclusive, sendo recentemente adequado para utilizar os resultados do ensaio SPT-T, através do conceito de N e (N equivalente). Segundo Décourt (1991), N e é definido como o valor do torque, em kgf.m, dividido por 1,2.
A fim de contemplar outros tipos de estacas utilizadas e mais recentemente difundidas, o método foi estendido por Décourt et al. (1996) e, para tanto, sendo acrescentados dois coeficientes de ponderação, os parâmetros e , valores de majoração ou minoração da ponta e do atrito lateral, respectivamente.
A carga última é a soma das parcelas do atrito lateral e da resistência de ponta da estaca.
10
.
1
3
.D.L
.
=
l
N
P
l
(Equação 5)onde:
– é a parcela do atrito lateral (kN);
– diâmetro da estaca (m);
– comprimento da estaca (m);
– média dos valores de ao longo do fuste, exceto o da camada da ponta e do primeiro metro na superfície.
PD
p
C
N
P
.
.
4
.D
.
=
2
(Equação 6)em que:
– é a parcela de resistência de ponta (kN);
– média do número de golpes do ensaio SPT entre 3 valores obtidos ao nível da ponta da estaca imediatamente acima e imediatamente abaixo desta.
Tabela 3. Valores de C em função do tipo de solo.
Tipo de solo Valores de C (KPa)
Argilas 120
Siltes argilosos 200
Siltes arenosos 250
Areias 400
Fonte: Décourt e Quaresma (1978).
Os parâmetros α e β são tabelados e determinados conforme o tipo de solo e tipo de estaca (ver Tabela 4).
Tabela 4. Valores dos coeficientes A e B em função do tipo de solo e de estaca.
Tipo de Solo
Coef. de ponderaç
ão
Tipo de estaca
Escavad as em
geral
Escavad as (bentoni
ta)
Hélic e cotín
ua Esta
ca raiz
Injetad a sob altas pressõ
es
Argilas α β 0,85 0,80 0,85 0,90 0,30 1,00 0,85 1,50 1,00 3,00
Areias α β 0,60 0,65 0,60 0,75 0,30 1,00 0,60 1,50 1,00 3,00 Solos
inter. α β 0,50 0,50 0,50 0,60 0,30 1,00 0,50 1,50 1,00 3,00
Fonte: Décourt e Quaresma (1978).
Por fim, a carga admissível da estaca será o menor entre os dois valores obtidos a partir das equações 7 e 8, sendo que a primeira admite o coeficiente global igual a 2,0 (FS), conforme orientação da NBR 6122 (ABNT, 2010) e, a segunda, uso dos coeficientes parciais para resistência de ponta igual a 4,0 e para o atrito lateral igual 1,3, conforme Decóurt e Quaresma.
2,0
P
P
=
P
adm l
p (Equação 7)ou
4,0
P
1,3
P
=
P
l padm
(Equação 8)3 Materiais e Métodos
3.1 Metodologia Experimental: Prova de Carga Estática
A interação solo-elemento estrutural da fundação, segundo Silva (2008), é um conjunto que deve ser avaliado com controle pós-execução e, para isso, é necessário submeter o elemento estrutural a ensaios para determinar como esta interação ocorre na prática. Diferentemente dos métodos teóricos ou semiempíricos, a prova de carga é o método que representa de forma real o comportamento de uma fundação profunda (interação solo e estaca). Trata-se, portanto, de um ensaio de verdadeira grandeza que permite avaliar a capacidade de carga do sistema pela simulação de carregamento de ações estáticas ou dinâmicas, segundo as normas brasileiras NBR 12131 (ABNT, 1992) e NBR 13208 (ABNT, 1994), respectivamente.
Segundo Magalhães (2005), a prova de carga estática representa melhor, de modo geral, a forma de carregamento a qual a fundação será solicitada, entretanto é um ensaio que exige um grande sistema de reação, o que pode encarecer a sua execução.
Uma vez realizada prova de carga em estacas, o projetista de fundações pode admitir o coeficiente de segurança global a partir de 1,6, enquanto sem prova de carga este fator deve ser igual a 2,0, no mínimo, conforme indica a NBR 6122 (2010), em seu item 5.5.1. 3.1.1 Caracterização do Ensaio
Para realização do ensaio de Prova de Carga Estática faz-se necessário montar um sistema de reação sobre a estaca a ser ensaiada, podendo ser uma cargueira, estacas de reação ou tirantes, de modo que essas suportem cargas superiores às previstas para a estaca do ensaio, conforme Figura 5.
Figura 5: Ensaio de prova de carga estática. a) Arranques das estacas de reação e bloco de coroamento e b) Montagem do
sistema.
Os deslocamentos são medidos a partir de um sistema de referência montado e fixado fora da área de influência do ensaio. Os esforços aplicados podem ser axiais de compressão, tração ou transversais, sendo o mais comum de carregamento vertical a compressão.
Os equipamentos que foram usados durante o ensaio são: macaco hidráulico, bomba manual (alavanca), manômetro, células de carga e extensômetros (relógios comparadores), como mostra a Figura 6.
Figura 6: Equipamentos: a) Macaco hidráulico e célula de carga; b) Extensômetros; c) Alavanca de acionamento do fluído hidráulico; d) Leitor de temperatura; e) Painel digital para leitura
do carregamento aplicado.
A norma NBR 12131 (ABNT, 1992) prescreve duas formas de carregamento para a prova de carga estática: o ensaio de carregamento lento (Slow Maintained Load Test –SML) e o ensaio de carregamento rápido (Quick Maintained Load Test –QML).
Este ensaio possibilita o registro das cargas aplicadas e dos deslocamentos resultantes, geralmente apresentados na forma da chamada curva carga-recalque, com a carga no eixo das abscissas e o recalque no eixo das ordenadas, que mostra o comportamento da fundação ensaiada, de modo a validar o fator de segurança tomado pelo projetista uma vez definido o critério de ruptura. A capacidade de carga é considerada definida quando ocorre a nítida ruptura do sistema solo-estaca, ou seja, quando o recalque se torna incessante para um mesmo vetor de tensão aplicada.
Entretanto, existem muitos casos onde a carga de ruptura é considerada indefinida, ou seja, quando o ensaio não é levado até a ruptura. A estaca é carregada até apresentar recalque considerável, mas a curva carga-recalque indica crescimento contínuo do recalque, não indicando assim uma carga de ruptura.
Para os casos indefinidos são realizados métodos de extrapolação da curva carga-recalque para avaliação da carga de ruptura. Entre os métodos mais utilizados no Brasil estão: Método de Van der Veen (1953) e o Método da Norma Brasileira NBR 6122 (2010).
3.1.2 Critério de Ruptura pela NBR 6122 (2010)
Para realização do ensaio de Prova de Carga Estática a NBR 6122 (2010) convenciona-se como carga de ruptura a carga de recalque , como na equação 9.
30
.
.
=
D
E
A
L
P
RR
(Equação 9)em que:
– recalque de ruptura convencional (mm);
– carga de ruptura convencional (kN);
– comprimento da estaca (m);
– área da seção transversal da estaca (m²);
– módulo de elasticidade do material da estaca;
– diâmetro da estaca ensaiada (ou diâmetro do círculo circunscrito à estaca não circular), em mm.
Logo, procede-se da seguinte maneira:
a) Adota-se um valor e calcula-se o correspondente recalque ;
b) Traçar a reta ( ) e ;
c) A intersecção dessa reta com a curva carga-recalque caracteriza a carga de ruptura convencional ( ), como mostra a Figura 7.
Figura 7: Carga de ruptura convencional.
3.1.3 Metodologia de Ensaio – Ensaio Experimental do
Edifício “Ilhas Gregas”
Adotou-se como sistema de reação para as estacas PC 1, PC 2 e PC 3, uma viga metálica pesando e dimensões com 5,0 m de comprimento, 1,0 m de altura e 0,5 m de espessura e ancorada em oito mono-barras rosqueadas, que foram soldadas em barras de aço comum, concretadas no interior das estacas tipo hélice contínua, ao longo de todo o fuste, sendo quatro barras em cada extremidade da viga, cujo detalhe pode ser visto na Figura 8.
Figura 8: Croqui da montagem do sistema de reação das estacas ensaiadas.
Para fins da realização do ensaio, a empresa responsável pelo edifício, optou por não utilizar as estacas definidas em projeto que receberam os blocos. Assim sendo, foram confeccionadas ao todo 15 estacas, além das 240 previstas no projeto, sendo 13 (treze) estacas de reação, todas de 60 cm de diâmetro com 30 m de comprimento e 03 (três) para a realização do ensaio, sendo suas características apresentadas na Tabela 5.
Tabela 5. Características das estacas ensaiadas.
Estaca Tipo nominal (m) Diâmetro Comprimento (m)
PC 1 HCM 0,60 30,08
PC 2 HCM 0,40 30,03
PC 3 HCM 0,60 30,11
Sobre as estacas ensaiadas foram confeccionados blocos de coroamento, estando às faces superiores dos blocos aproximadamente acima do nível do terreno. Os sistemas de reação foram executados pela empresa de fundações que executou o estaqueamento, que forneceu todos os dados das estacas ensaiadas e das reações (Anexo III), a fim de observar todas as orientações repassadas pela empresa que realizou os ensaios. O tipo de carregamento realizado sobre as Provas de Carga Estática foram do tipo lento (SML). No primeiro instante, todas as estacas tiveram seu carregamento iniciado por uma carga de contato, passando-se a seguir com um carregamento correspondente a da carga de trabalho da estaca. Os demais estágios foram incrementados também com um carregamento equivalente a da carga de trabalho da estaca, sempre em relação ao estágio anterior, conforme preconiza a norma.
4 Resultados
4.1 Resultados via métodos semiempíricos
Os dados geotécnicos utilizados foram retirados do laudo de sondagem a percussão, fornecido pela empresa proprietária da obra estudada (Expand Construtora). Apesar de terem sido realizados 06 (seis) furos de SPT no local, para efeitos de cálculo, considerou-se somente os furos SP-01 e SP-03, tendo em vista que apenas esses dois atingiram a cota de 31 m de profundidade durante a realização do ensaio, como mostra a figura 9. O nível de água constatado, tanto inicialmente como no final do ensaio, manteve-se fixo em 3,05 e 3,12 m, para cada furo, respectivamente.
Figura 9. Resumo das sondagens SPT.
Tendo sido proposto calcular a capacidade de carga de estacas pelos métodos de Aoki e Velloso (1975) e Décourt e Quaresma (1978-estendido), os resultados são apresentados na Tabela 6.
Tabela 6 - Resumos dos resultados obtidos.
MÉTODO ᴓ
(cm) FURO
Carga Lateral na Ruptura
(kN)
Carga de Ponta
na Ruptura
(kN)
Carga Total na Ruptura (kN)
Carga Admissível
(kN)
Aoki & Velloso (1975)
40 SP-01 727,51 542,41 1.269,93 634,96 SP-03 590,22 591,73 1.181,95 590,97
60 SP-01 1.091,27 1.220,43 2.311,70 1.155,85 SP-03 885,33 1.331,38 2.216,71 1.108,36
Decóurt & Quaresma (1978) Estendido
40 SP-01 1.060,86 170,12 1.230,98 858,58 SP-03 928,90 170,12 1.099,02 757,07
60 SP-01 1.591,29 382,77 1.974,06 1.319,76 SP-03 1.393,35 382,77 1.776,12 1.167,50
Dos resultados analíticos, nota-se para o caso dos valores para carga lateral e de ponta obtido por meio da formulação de Aoki e Velloso (1975), apresentaram valores em torno de 50% para cada parcela.
Por outro lado, para o método de Décourt e Quaresma (1978-estendido), observa-se a maior parcela de contribuição justamente a ser mobilizada pelo atrito lateral, em contra partida da minoração das tensões de ruptura da ponta.
4.2 Resultados obtidos a partir de ensaios experimentais
Os valores de carga última verificados com a realização do ensaio de prova de carga estática para as estacas PC 1, PC 2 e PC 3 foram respectivamente 193,70 tf, 191,60 tf e 240,60 tf. O carregamento máximo aplicado em cada estaca pode ser verificado na Tabela 7.
Tabela 7. Carregamento máximo aplicado em cada estaca ensaiada.
EST. Carga de trabalho (kN)
Carga máxima do ensaio (kN)
Carga de ruptura (kN) FS
981,00 2.158,20 1.900,00 1,94
686,70 1.922,76 1.880,00 2,74
981,00 2.158,20 2.360,00 2,41
A Figura 10 apresenta os resultados da prova de carga de cada estaca ensaiada até ruptura, definida pelo emprego da NBR 6122 (ABNT, 2010), ou seja, as curvas carga-recalque das três estacas ensaiadas.
Figura 10. Comparação entre as estacas ensaiadas. Curva Carga recalque. Fonte: SCCAP (2011).
4.3 Análises dos Resultados para Estaca de D = 40 cm
Como forma de facilitar a comparação entre os diferentes resultados obtidos, será analisado primeiramente os valores para a estaca de 40 cm de diâmetro, relacionados na Figura 11.
Figura 11. Comparação das cargas na ruptura para o diâmetro de 40 cm.
Os valores encontrados pelo método de Aoki & Velloso (1975) e Décourt & Quaresma (1978) são próximos entre
0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 1.000,00 1.200,00 1.400,00 1.600,00 1.800,00 2.000,00
Aoki e Velloso
(1975) QuaresmaDecóurt e (1978)
PC 2 612,97
807,82
1880
Cap
ac
id
ad
e
d
e
Car
g
a
(k
N)
si, sendo que o primeiro corresponde a aproximadamente 75 % do segundo.
Já quando compara-se a média dos dois resultados analíticos com o valor encontrado no ensaio da prova de carga PC 2, há uma discrepância considerável, de modo que o resultado do ensaio é 62 % maior que a média obtida pelos métodos semiempíricos.
4.4 Análises dos Resultados para Estaca de D = 60 cm
Já para o diâmetro de 60 cm, têm-se os resultados comparados na Figura 12.
Figura 12. Comparação das cargas na ruptura para o diâmetro de 60 cm.
Para o caso do estudo da estaca HCM com diâmetro de 60 cm, nota-se que os valores obtidos tanto da formulação de Aoki & Velloso (1975) e Décourt & Quaresma são mais uniformes, sendo o segundo com uma variação de apenas 9,85%.
Porém, quando comparados a média dos resultados analíticos (1.187,86 kN) com o menor dos dois valores obtidos nos ensaios de prova de carga,PC 1 igual a 1.900,00 kN, representam apenas 62,51%.
5 Conclusões e Propostas
Analisando os resultados fornecidos pelas formulações semiempíricas de Aoki e Velloso (1975) e Décourt e Quaresma (1978), verificou-se que ambas resultam em valores próximos entre si, porém, bastante conservadores para a situação estudada, considerando que a média dos resultados encontrados para os dois diâmetros, se encaixam entre 42% e 50%, respectivamente, em relação ao resultado obtido na prova de carga PC 2 e da média dos resultados das provas de carga PC 1 e PC 3.
Com esse estudo, pode-se constatar que, tanto o resultado dimensionado para a estaca de 40 cm quanto para a de 60 cm pelos métodos propostos, apresentaram média em torno de 686,70 kN e 981,60 kN, respectivamente, se mostrando condizentes assim com a carga de trabalho admitida pelo Engenheiro Projetista de Fundações da obra estudada.
Enfim, além da busca por avanços técnicos, é muito presente na engenharia de fundações um forte apelo econômico, visando sempre, é claro, construir empreendimentos que atendam aos critérios de segurança e à priorização da qualidade.
De uma maneira geral, a partir da realização e divulgação do resultado do ensaio de Prova de Carga Estática do Edifício Ilhas Gregas e constatação positiva da efetiva capacidade de carga para o tipo de solo encontrado na região, tem-se a possibilidade do emprego cada vez mais constante de fundações profundas em Sinop, com destaque para estacas HCM.
Como sugestão para trabalhos futuros, este trabalho abre caminho para que sejam feitos estudos visando: a) comparar outros métodos semiempíricos (principalmente aqueles específicos para HCM) para a previsão de capacidade de carga baseados em ensaios “in situ”; b) aumentar o banco de dados de resultados de ensaios de provas de carga na região, de tal maneira que seria possível aumentar a confiabilidade e diminuir a probabilidade de ruína em obra de fundações e, c) com base nos itens anteriores, construir um método específico para a determinação da capacidade de carga de estacas para ser utilizada na micro-região de Sinop.
Agradecimentos
Agradeço, primeiramente, a Deus pelo dom da vida e pelas inúmeras oportunidades de crescimento que tem me apresentado.
Aos meus pais José e Jacy, pelo exemplo de vida e por me ensinar a extrair em tudo felicidade. Ao meu irmão Leonardo, pela alegria da convivência e pela amizade mais vindoura, que não fossem nossas diferenças certamente seria menos prazerosa. A todos os familiares, incluindo-se aquelas famílias que conquistei ao longo da vida, obrigado pelo carinho e confiança.
Aos meus amigos, que são tantos aos quais sou grato pelo incentivo e companheirismo, ressalto em especial aqueles que me proporcionaram uma maior intensidade de convivência ao longo desses anos da graduação: Anderson A. R. M. Sobrinho, Anderson R. V. Wolenski, Anelize B. Monteiro, Carlos Keller, Diego Trevisol, Everton A. P. Batelo, Evinsón T. Buchelt, Felipe F. B. de Lima, João P. Boff, Jarderson Borges, Letícia B. Rosas, Roberto A. dos Santos, Wesley R. Machado, Thiago Lasta e Vinicius G. Dias.
Ao Prof. Diego Medeiros Weber pela orientação e contribuição prestada no desenvolvimento deste trabalho e aos pós-graduandos Anderson R. V. Wolenski e Roberto Aguiar dos Santos, meus co-orientadores, pela instrução e incentivo. A Anelize Borges Monteiro, por ter contribuído para a revisão do texto e ajuda no preparo do
abstract.
Ao Centro Acadêmico de Engenharia Civil “André Luís Christoforo” e bem como ao Ciclo de Seminários de IC,
cujos quais ajudei a fundar e alavancar suas atividades, de modo a realmente representar os interesses dos acadêmicos e oferecer espaço para iniciação científica, respectivamente. Ao LEO Clube de Sinop, por me mostrar, ainda mais, o espírito de servir ao próximo e almejar sempre o bem comum.
A Expand Empreendimentos Imobiliários Ltda., em especial ao Eng. Civil Carlos R. Honorato e ao Mestre de Obras Jorge Ferreira Coelho, pela sinceridade e
satisfação de me ensinar muito sobre a “construção civil”
e fazendo da obra a verdadeira escola de engenharia. A UNEMAT, que apesar de todas as mazelas, ofereceu-me uma oportunidade e forneceu as mínimas condições para que pudesse crescer profissionalmente, assim sendo, seu brasão ficará marcado eternamente sobre 0,00
500,00 1.000,00 1.500,00 2.000,00 2.500,00
Aoki e Velloso
(1975) QuaresmaDecóurt e (1978)
PC 1 PC 3 1.132,10 1.243,63
1900
2360
Cap
ac
id
ad
e
d
e
Car
g
a
(k
N)
Aoki e Velloso (1975) Decóurt e Quaresma (1978)
meu coração. Ao Departamento de Engenharia Civil, pelos vários trabalhos realizados juntos agradeço, em especial, ao Prof. Flávio Alessandro Crispim.
Presto agradecimentos, também, a todos os técnicos administrativos da UNEMAT Campus de Sinop, em nome
do Jean C.C. de Souza e Kenji Alencar, por atuarem no desenvolvimento das mais diversas atividades necessárias para o bom funcionamento do campus.
E, por último, agradeço a aqueles que acredito serem responsáveis por semear a centelha da boa formação acadêmica, os professores. Enfim, a todos os professores que conheci, agradeço-os em nome dos professores André Luís Christoforo e Rogério Reis Gonçalves que foram, sem sombra de dúvidas, os mais marcantes e cujo gozo do ensinar era tão evidente a ponto de proporcionar-me arrepios ao ver o brilho em seus olhos ao concluir suas explicações.
Referências Bibliográficas
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12131: Prova de carga estática. Rio de Janeiro, 1992.
____. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio
de Janeiro, 2010.
____. NBR 6484: Solo – Sondagens de simples reconhecimento com SPT – Método de ensaio. Rio de
Janeiro, 2001.
ALONSO, U.R. Exercícios de fundações. São Paulo: Edgard Blucher, 2000. 202 p.
____. Previsão e controle de fundações. São Paulo: Edgard Blucher, 1991. 142 p.
BRAGA, E. Análise da capacidade de carga de estacas hélice contínua e pré-moldada de concreto na região de Sinop-MT. 2011. 99 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Departamento de Engenharia Civil. Universidade do Estado de Mato Grosso. Sinop. 2011.
HACHICH, W. Fundações: teoria e prática. 2 ed. In: DECÓURT, L.; ALBIERO, J.H.; CINTRA, J.C.A. (Org.).
Análise e projeto de fundações profundas. São Paulo:
Pini, 1998. p. 265-327.
MAGALHÃES, P.H.L. Avaliação dos métodos de capacidade de carga e recalque de estacas hélice contínua via provas de carga. 2005. 243 p. Dissertação
(Mestrado em Engenharia Civil) – Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. Universidade de Brasília. Brasília. 2005.
SILVA, J. P. Estacas hélice contínua monitoradas - Caso de obra: departamento gráfico Souza Cruz S.A. 2008. 108 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Civil) – Curso de Engenharia Civil. Universidade Federal de Santa Maria. Santa Maria. 2008.
SILVA, C.M. Energia e confiabilidade aplicados aos estaqueamentos tipo hélice contínua. 2011. 303 p. Tese
(Doutorado em Engenharia Civil) – Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. Universidade de Brasília. Brasília. 2011.
