UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
MAURÍCIO BERTUOL
PROVA DE CARGA ESTÁTICA EM ESTACAS PRÉ-MOLDADAS NA
CIDADE DE SINOP - MT
Sinop - MT
2017/2
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO – UNEMAT
MAURÍCIO BERTUOL
PROVA DE CARGA ESTÁTICA EM ESTACAS PRÉ-MOLDADAS NA
CIDADE DE SINOP - MT
Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Engenharia Civil – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop-MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Prof. Orientador: Augusto Romanini.
Sinop - MT
2017/2
LISTA DE TABELAS
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Transferência de carga em uma estaca ... 11
Figura 2 - Cravação de Estacas Pré-Moldadas ... 12
Figura 3 - Esquema do Sistema de Reação da Prova de Carga ... 14
Figura 4 - Solos do Estado de Mato Grosso... 17
Figura 5 - Perfil do solo em Sinop – MT ... 18
Figura 6 - Perfil médio de sondagem ... 19
Figura 7 - Içamento da estaca pré-moldada ... 21
Figura 8 - Croqui da montagem do sistema de reação, vista superior ... 22
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas; FS – Fator de Segurança;
HCM – Hélice Continua Monitorada; in loco – no local;
in situ – no local;
INMETRO - Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia. kN – Quilo Newton;
MT – Estado de Mato Grosso; NBR – Norma Brasileira;
SPT - Standard Penetration Test, traduzido para o português como Ensaio de Penetração Padrão;
DADOS DE IDENTIFICAÇÃO
1. Título: Prova de Carga Estática em Estacas Pré-Moldadas na cidade de Sinop - MT
2. Tema: 30100003 Engenharia civil
3. Delimitação do Tema: 30103010 Fundações e escavações 4. Proponente: Maurício Bertuol
5. Orientador: Augusto Romanini
6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso -UNEMAT
7. Público Alvo: Alunos, docentes e profissionais da área de fundações de Sinop e região.
8. Localização: Avenida dos Ingás, 3001 - Jardim Imperial, Sinop-MT, 78555-000
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS ... I LISTA DE FIGURAS ... II LISTA DE ABREVIATURAS ... III DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... IV 1 INTRODUÇÃO ... 6 2 PROBLEMATIZAÇÃO ... 7 3 JUSTIFICATIVA... 8 4 OBJETIVOS ... 9 4.1 OBJETIVO GERAL ... 9 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 9 5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 10 5.1 FUNDAÇÃO ... 10 5.2 FUNDAÇÃO SUPERFICIAL ... 10 5.3 FUNDAÇÃO PROFUNDA ... 11 5.3.1 Estacas ... 11
5.3.1.1 Métodos de previsão de carga de estacas ... 13
5.3.2 Instrumentação em estacas de concreto. ... 15
6 METODOLOGIA ... 17
6.1 LOCALIZAÇÃO DO ENSAIO ... 17
6.2 ENSAIOS PRELIMINARES ... 19
6.2.1 Amostras deformadas ... 20
6.3 DIMENSIONAMENTO DO ENSAIO ... 20
6.4 ENSAIO DE PROVA DE CARGA ... 20
6.4.1 Estaca Teste e Estacas de Reação ... 20
6.4.2 SISTEMA DE REAÇÃO ... 21
6.4.3 SISTEMA DE APLICAÇÃO DE CARGA ... 22
6.5 EXECUÇÃO DAS PROVAS DE CARGA ... 23
6.6 ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 24
7 RECURSOS FINANCEIROS ... 25
8 CRONOGRAMA ... 26
1 INTRODUÇÃO
O ramo da construção civil é um dos setores que mais crescem e está em constante desenvolvimento, segundo o presidente da Associação Brasileira de Incorporadoras Imobiliárias (Abrainc, 2017), Rubens Menin, o setor da construção representa 8% do PIB, com isso se faz necessário que haja solicitações por novas técnicas construtivas. A busca por melhorias nos processos de execução de fundações, economia e prazos cada vez mais curtos exigidos pelos clientes, trazem uma certa dificuldade na construção de empreendimentos que atendam aos critérios mínimos de segurança e à priorização da qualidade.
A fundação é uma parte essencial da construção e é o elemento responsável por transmitir todos os esforços das edificações ao solo. Por isso é de extrema importância que haja uma investigação e uma análise acertada do projeto em relação ao comportamento do solo e ao tipo de fundação a utilizar. Os principais tipos de fundação são as sapatas e as estacas, podendo ser divididas em dois grupos: as fundações rasas e as fundações profundas (ABNT 2010).
Segundo Alonso (1991), o aumento do uso de fundações profundas nas últimas décadas no Brasil tem elevado à necessidade de estudos que aprimorem suas características e técnicas construtivas, a fim de garantir que as obras projetadas e executadas suportem as exigências de cargas cada vez maiores e atendam as condições mínimas de segurança, funcionalidade e durabilidade quando submetidas as ações das cargas em serviço.
De acordo com Soares e Weber (2013), o solo de Sinop - MT possui uma característica areno-siltosa, com baixa resistência de suporte, tendo uma limitação técnica por soluções com fundações rasas.
Dessa forma, pretende-se avaliar o comportamento de uma estaca pré-moldada submetida a um ensaio de prova de carga estática, e analisar o seu comportamento. Inicialmente estimar as cargas últimas por métodos semi-empíricos. Após o ensaio analisar se as estimativas de cargas são próximas com os valores de prova de carga estática, e encontrar um Fator de Segurança (FS) que mais se aproxime com comportamento do solo encontrado no município, em termos da capacidade de carga e recalque em estacas.
2 PROBLEMATIZAÇÃO
A fundação é um componente de extrema importância nas obras, pois falhas de projetos e de execução, além de trazer gastos elevados, podem comprometer toda a estrutura da edificação. Analisando as características geotécnicas do local, é possível determinar a fundação mais adequada, baseando-se na melhor solução técnica e econômica.
Baixa deformabilidade e boa capacidade de suporte são características geotécnicas que se destacam ao utilizar o solo em obras de engenharia. Como o solo é um elemento natural, é incomum conseguir um tipo de solo que atenda estas duas categorias, dificultando assim sua utilização.
Através de ensaios com sondagem a percussão (SPT), verificou-se que o solo do município de Sinop-MT é um solo pouco resistente (Soares e Weber, 2013). Pinto (2012) e Soares e Weber (2013) descrevem que o solo tem pouca capacidade de suporte, com tensão admissível próxima à 50 kN/m² e lençol freático raso, por volta de 2,50 m na época da estiagem e 0,80 m em períodos chuvosos.
Fank e Crispim (2016) desenvolveram um estudo a respeito de técnicas para melhoramento do solo superficial da cidade de Sinop, os resultados obtidos indicam que o reforço de fundação rasa com cascalho, acresceu a capacidade de suporte em aproximadamente três vezes quando comparado a um ensaio de prova de carga em placa com solo natural.
Ressaltando assim, que a solução mais adequada é a utilização de fundações profundas. Apesar disso, é corriqueiro utilizar fundações rasas no município, tipo de fundação que é pouco recomendado para tal tipo de solo, sendo frequente o emprego de sapatas de amplas dimensões com consequente concentrações de tensão e recalques diferenciais, que causam trincas nas edificações.
Devido às construções de maior porte que surgiram recentemente, aumentou-se o uso de fundações profundas na região, como exemplo, no município de Sinop – MT, os edifícios Angra dos Reis, Ilhas Gregas, Solarium, Edifício Monet, Íbis, entre outros, além de pontes e silos que utilizaram as fundações profundas, o que demanda um maior conhecimento acerca dos métodos de cálculo empregados e dos parâmetros de resistência adotados.
3 JUSTIFICATIVA
O solo é um dos materiais mais utilizado na construção civil, assim, ele deve ser estudado de forma cuidadosa e aprofundada, pois nem todo tipo de solo pode ser empregado de forma natural nas obras, como é o caso do solo do município estudado. O solo de Sinop apresenta uma baixa resistência. De acordo com Soares e Weber (2013), a cidade apresenta um solo com características areno-siltosas e lençol freático raso, por volta de 2,50 m no período seco e 0,80 m em períodos chuvosos. Dados obtidos através do ensaio de SPT (Standard Penetration Test) na cidade, indicam um NSPT inferior ou próximo a 5 nas camadas superficiais do solo (BRAGA,
2011).
O uso de fundação profunda é indicado para locais onde os solos superficiais são pouco resistentes, pois a finalidade desse tipo de fundação é transferir as cargas provenientes da estrutura para solos mais profundos, que normalmente são mais resistentes. O ensaio que permite conhecer o comportamento do solo quanto à capacidade de suporte é a prova de carga.
Segundo Albuquerque (2001), o que justifica a necessidade da utilização deste ensaio é a dificuldade em entender o mecanismo de distribuição de carga e avaliar com precisão a carga de ponta e a distribuição do atrito lateral. Além disso, a necessidade de se conhecer as propriedades do solo onde as fundações serão construídas, a alteração das condições iniciais provocadas pela execução das estacas e o comportamento complexo do conjunto estaca-solo também explica o uso do ensaio de prova de carga.
Procurando obter uma maior confiabilidade no emprego e execução de estacas na região, é apropriada a realização de provas de carga, buscando parâmetros de cálculo mais confiáveis.
4 OBJETIVOS
4.1 OBJETIVO GERAL
Estudar o comportamento da estaca do tipo Pré-Moldada, executada em Sinop, Mato Grosso, a partir da execução de provas de carga estáticas.
4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Estimar a carga de ruptura de uma estaca pré-moldada, executada na cidade de Sinop, Mato Grosso;
Apresentar as estimativas de carga utilizando os métodos para previsão de carga última em testes de capacidade de carga estática;
Determinar qual a carga de ruptura, realizando uma checagem das estimativas; Determinar o comportamento carga x deslocamento de um elemento de
fundação;
Comparar valores obtidos com métodos de previsão de carga semi-empíricos com valores obtidos em prova de carga estática.
5 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
5.1 FUNDAÇÃO
Sales (2000), define fundação como um conjunto de elementos estruturais responsáveis por transferir ao solo o acréscimo de carga proveniente de uma obra. Milititsky et al. (2008) ainda alegam que o comportamento deste conjunto está diretamente ligado ao que acontece com o solo quando submetido ao carregamento através dos elementos estruturais das fundações. Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), o solo recebe as cargas pela base da estrutura, fuste ou combinações das duas.
Neto (2013), relata que a fundação é composta por um sistema formado pelas sapatas, radier, blocos, estacas e tubulões e pelo material do subsolo, que normalmente é o componente que governa a capacidade de carga de um “sistema” de fundação.
Segundo Cintra e Aoki (2011), os diferentes tipos de fundação são agrupados em superficiais e profundas: levando em conta a profundidade da ponta ou a largura da base. De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010), as fundações superficiais (rasas ou diretas) são compostas pelos blocos de fundação, sapatas, radier, sapata associada, sapata corrida; e as profundas, são as estacas e tubulão.
Segundo Alonso (2001), a escolha do tipo de fundação deve ser feita a partir de uma análise que satisfaça algumas condições técnicas criteriosas.
5.2 FUNDAÇÃO SUPERFICIAL
Também conhecida como fundação direta ou fundação rasa, tem-se a definição para este tipo de elemento estrutural como um componente em que o carregamento é transmitido ao terreno pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, e a profundidade de assentamento em relação ao solo da fundação é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. As sapatas, os blocos, os radier, as sapatas associadas, as vigas de fundação e as sapatas corridas fazem parte desse tipo de fundação NBR 6122 (ABNT, 2010).
Cintra, Aoki e Albiero (2003) e Alonso (2001), definem como fundação direta, aquelas que se situam logo abaixo da estrutura e a carga é transmitida ao solo, predominantemente pelas tensões distribuídas sob a base do elemento estrutural.
5.3 FUNDAÇÃO PROFUNDA
Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), este tipo de fundação consiste em um elemento que transmite a carga ao terreno pela base, pela superfície lateral ou por uma combinação das duas, e que está estável em profundidade superior a duas vezes ao seu menor comprimento em planta, e no mínimo 3 metros. Na Figura 1 pode-se ver a esquematização de uma fundação profunda. As estacas, os tubulões e os caixões são classificados como fundações profundas.
Figura 1 – Transferência de carga em uma estaca Fonte: Alonso (2001)
Onde:
rL: Atrito lateral ao longo do comprimento da estaca, em Mpa; PR: Carga total da estaca, em kN;
PL: Carga de atrito lateral, em kN; PP: Resistencia de ponta, em kN.
Alonso (2001), define que segurança de um elemento de fundação deve atender as condições fundamentais para as quais foi projetada, suportando as cargas que lhe são impostas.
5.3.1 Estacas
Segundo Alonso (2001), estacas são elementos estruturais esbeltos que, colocados no solo por cravação ou perfuração, tem a finalidade de transmitir cargas ao mesmo, seja pela resistência da sua extremidade inferior, seja pela resistência ao
longo do fuste ou pela combinação das duas. A Figura 2 apresenta um conjunto de estacas que foram cravadas em uma construção na cidade de Sinop – MT.
Figura 2 - Cravação de Estacas Pré-Moldadas Fonte: Acervo Pessoal, 2017.
A NBR 6122 (ABNT, 2010) define estacas como sendo um elemento de fundação profunda executado inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que tenha descida de trabalhador. Os materiais normalmente empregados são: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco ou mistos. Ainda de acordo com Alonso (2001), incluem-se nas de concreto as estacas do tipo Franki, estacas escavadas, as Strauss e as estacas pré-moldadas.
Velloso e Lopes (2010) citam que as vantagens das estacas pré-moldadas
estão na boa qualidade do concreto, elevada resistência a compressão, capacidade de suportar forças de tração elevadas e maior capacidade na manipulação e cravação. A Tabela 1 apresenta os diferentes tipos de estacas existentes de acordo com o tipo de execução.
Tabela 1 - Tipos de Estaca
Tipo de execução Descrição
De
deslocamento
Grande
Madeira
Pré-moldada de concreto Tubos de aço de ponta fechada Tipo Franki
Microestacas injetadas
Pequeno
Perfis de aço
Tubos de aço de ponta aberta (desde que não haja embuchamento na cravação
Estacas hélice especiais (''estacas hélice de deslocamento'')
Sem deslocamento
Escavadas com revestimento metálico perdido que avança à frente da escavação
Estaca raiz
De substituição
Escavadas sem revestimento ou com uso de lama Tipo Strauss
Estacas hélice contínua em geral
Fonte: Adaptado de Veloso e Lopes (2010).
5.3.1.1 Métodos de previsão de carga de estacas
De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010), a carga admissível de uma estaca isolada é a força aplicada sobre a mesma que provoca apenas recalques compatíveis com a construção e oferece ao mesmo tempo segurança suficiente contra a ruptura do solo e contra a ruptura do elemento de fundação. Na maioria das vezes o solo é o material menos resistente, então a capacidade de carga de uma fundação depende das características geotécnicas do maciço que envolve a estaca (mecanismo de interação solo-estaca).
De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010), a carga de ruptura em estacas pode ser determinada por métodos estáticos, dinâmicos e provas de carga.
Os métodos estáticos são divididos em métodos teóricos e métodos semi-empíricos. São teóricos (ou racionais) quando o cálculo é feito de acordo com a teoria desenvolvida dentro da mecânica dos solos. Já os métodos semi-empíricos relacionam resultados de ensaios “in situ” com as tensões admissíveis ou tensões resistentes de projeto (ABNT, 2010).
Dentre os métodos mais conhecidos para se estimar as cargas admissíveis em estacas podemos citar os métodos semi-empíricos de Aoki & Velloso (1975) e de Décourt & Quaresma (1978), além da utilização de provas de carga.
Os métodos dinâmicos são aqueles de estimativa de carga de fundações profundas baseados na previsão e/ou verificação do seu comportamento sob ação de carregamento dinâmico. Sendo que as fórmulas dinâmicas são baseadas na nega ou repique elástico, visando assegurar a homogeneidade das estacas cravadas (ABNT, 2010).
Albuquerque (2001) descreve que a prova de carga estática é definida como a aplicação de consecutivos estágios de carga à fundação, de forma controlada. Simultaneamente a isso, registra-se a leitura dos recalques correspondentes, para aplicar a carga é preciso utilizar um sistema de reação, possibilitando efetuar o carregamento. De acordo com a NBR 12131 (ABNT, 2006), os esforços aplicados podem ser axiais, de tração ou de compressão, ou transversais.
Abaixo segue ilustrado na Figura 3, o esquema de montagem das estacas de reação e a viga de reação.
Figura 3 - Esquema do Sistema de Reação da Prova de Carga Fonte: Albuquerque et. al (2009)
Com a ilustração do sistema podemos ver em um corte, como seria a montagem das estacas da reação, viga de reação e estaca teste, além do sistema de aplicação de carga.
5.3.2 Instrumentação em estacas de concreto.
Em sua pesquisa, Soares e Weber (2013) instrumentaram na cidade de Sinop-MT, uma estaca do tipo Hélice Contínua Monitorada (HCM), seção circular, com diâmetros de 40 e 60 centímetros e comprimento de 30 metros. Visando compreender o mecanismo de transferência de carga, executou três provas de carga, sendo duas nas estacas com 60 cm de diâmetro e uma na estaca de 40 cm. Sobre as estacas ensaiadas foram confeccionados blocos de coroamento, ficando com aproximadamente 10 centímetros acima do nível do terreno. Adotou-se como sistema de reação da estaca, uma viga metálica pesando 5 toneladas e com dimensões de 5 metros de comprimento, 1 metro de altura e 50 centímetros de espessura. Os equipamentos utilizados durante o ensaio foram: o macaco hidráulico, bomba manual, manômetro, células de carga e extensômetros.
Após análise dos dados obtidos com a prova de carga, comparou-se os resultados com os métodos semi-empíricos de Aoki e Velloso (1975) e Décourt e Quaresma (1978-estendido). Os valores médios obtidos com os métodos semi-empíricos são próximos entre si, contudo quando comparado com os resultados médios obtidos na prova de carga, há uma variação considerável, de modo que os resultados são entre 42% e 50% maior que a média obtida pelos métodos semi-empíricos. Após a realização do ensaio, constata-se de maneira positiva a efetividade da capacidade de carga para o tipo de solo encontrado na região.
Ferreira e Benatti (2017) realizaram um ensaio de prova de carga estática, na cidade de Sinop – MT, com uma estaca do tipo broca. Para a realização do ensaio de prova de carga foram utilizados os seguintes componentes: macaco hidráulico munido de manômetro, viga metálica com 5 metros e aproximadamente 200 kg em perfil I, extensômetros com precisão de10-5 metros. Foi ensaiada uma estaca de concreto 25MPa, com profundidade de 1,10 metros e diâmetro de 30 centímetros. Junto à estaca foi colocado um tubo de 50 milímetros de diâmetro e 1,50 metros de comprimento para instalação de barras instrumentadas (em três alturas diferentes) com os extensômetros elétricos. Os dados geotécnicos utilizados foram retirados do trabalho de Soares e Weber (2013). Os valores unitários de resistência por atrito lateral e de ponta obtidos, foram comparados com aqueles estimados pelos métodos de Teixeira (1996), Aoki e Veloso (1975) e Décourt e Quaresma (1978).
Após a análise dos dados, o autor alega que os valores obtidos no ensaio para a resistência unitária por atrito lateral é subestimado pelo método de Aoki e Veloso (1975) e superestimado pelos outros dois métodos. Em relação à resistência de ponta, verifica-se que apenas o método de Teixeira (1996) não superestima os valores encontrados. Se for considerada a carga de ruptura da estaca, o método que mais se aproxima é o método de Aoki e Veloso (1975). Ferreira e Benatti (2017) analisa que o método de Aoki e Veloso (1975) se mostrou o mais indicado para previsão da carga última de estaca, levando em consideração a carga admissível a partir da execução de prova de carga de 10,61 kN.
Albuquerque et. al (2009) instrumentou na Unicamp, em Campinas, estacas do tipo Raiz e Escavada convencional, em solo diabásio. E através da prova de carga e comparação com alguns métodos semi-empíricos, permitiu que os autores chegassem em algumas conclusões.
Segundo eles, a técnica de instrumentação e a forma de instalação se mostraram excelente desempenho, podendo ser executada em outros tipos de fundação profunda. Verificaram que para a previsão do atrito lateral da estaca escavada, os métodos de Phillipponat e P.P. Velloso foram que apresentaram valores mais próximos àqueles obtidos pela instrumentação. Com relação a previsão da carga de ponta nenhum método se mostrou eficiente, todos os métodos superestimaram os resultados com valores superiores a 300%. Já em relação a previsão de carga de ruptura total o método de P.P. Velloso apresentou bons valores. Além de verificar que o método de Décourt & Quaresma apresentou bons resultados para estaca escavada.
6 METODOLOGIA
6.1 LOCALIZAÇÃO DO ENSAIO
O ensaio será realizado na cidade de Sinop, localizada na região norte do Mato
Grosso. O Município situa-se a 472 km da capital, Cuiabá, latitude 11º50’53’’ Sul, longitude 55º38’57’’ Oeste e encontra-se a 384m de altitude acima do nível do mar, o relevo é predominante é plano e em alguns locais o nível de água se encontra muito próximo a superfície. Apresenta extensão territorial de 3942,231 km², população estimada de
126.817 habitantes segundo IBGE (2016). A Figura 4 representa os solos do Estado de
Mato Grosso.
Figura 4 - Solos do Estado de Mato Grosso Fonte: Seplan, 2001
O perfil do solo no perímetro urbano do município de Sinop apresenta uma
consistência que tem variações de muito mole a mole. Na Figura 5 podemos ver o perfil
Figura 5 - Perfil do solo em Sinop – MT Fonte: Acervo Pessoal, 2017
Assis e Benatti (2014), apresentaram um resultado de SPT médio, composto pela
média de ensaios de SPT disponíveis, e pode-se visualizar na Figura 6, tanto a posição
Figura 6 - Perfil médio de sondagem Fonte: Assis e Benatti (2014)
Segundo Araújo (2012), o ensaio de SPT em uma região da cidade de Sinop mostra que o solo estudado é um silte argiloso com a sua consistência variando de muito mole à médio. Classificando o solo de baixa qualidade e compressível. Para a execução de sapatas este cenário, somado ao nível de água raso, pode ser muito ruim, assim a solução da execução por meio de estacas pré-moldada de concreto poderia ser a mais indicada.
O ensaio de prova de carga será realizado em uma obra determinada pela empresa parceira no mesmo município, e após a determinação, serão realizados os itens a seguir: ensaios preliminares, dimensionamento do sistema de reação, cravação das estacas, ensaio de prova de carga e para assim realizar a análise dos resultados.
6.2 ENSAIOS PRELIMINARES
Para obtenção dos dados geotécnicos, será analisado o ensaio SPT (Standard Penetration Test, traduzido para o português como Ensaio de Penetração Padrão). Este ensaio será realizado por uma empresa que necessite deste estudo para um
futuro empreendimento. Desse modo, os resultados serão obtidos por meio de acordo de cooperação.
6.2.1 Amostras deformadas
A amostra deformada (solta) é coletada na camada superficial do solo, sendo transferida e armazenada em sacos plásticos, vidros, cápsula de alumínio ou outros recipientes apropriados. Essas amostras são utilizadas para ensaios geotécnicos, de mecânica de solos, físico-químicos e químicos. O solo retirado pode ser utilizado para identificação táctil-visual, preparação dos corpos de provas para ensaios de permeabilidade, compressibilidade e resistência ao cisalhamento, ensaios de compactação e ensaios de classificação do solo.
6.3 DIMENSIONAMENTO DO ENSAIO
O sistema de reação e a capacidade de carga da estaca será dimensionado através do método de cálculo conhecido como Décourt Quaresma. O valor encontrado através do método e os valores de SPT médio da região possibilitarão a escolha do tamanho da estaca pré-moldada que será utilizada na prova de carga estática.
6.4 ENSAIO DE PROVA DE CARGA
Para a realização dos ensaios será executada 1 estaca do tipo pré-moldada, com a profundidade sendo determinada em função da carga máxima que pode ser aplicada pelo macaco hidráulico, que compõem o sistema de reação. Serão também cravadas, 4 estacas pré-moldadas para o sistema de reação, sendo estas dimensionadas em função do SPT.
6.4.1 Estaca Teste e Estacas de Reação
Será executada 1 estaca teste, que são fornecidas no comprimento de 12 metros e base quadrada com dimensões de 23x23 centímetros, como ilustrado na Figura 7. Serão executadas 4 estacas de reação, sendo que estas terão as mesmas dimensões da estaca teste.
Figura 7 - Içamento da estaca pré-moldada Fonte: Acervo Pessoal, 2017.
6.4.2 SISTEMA DE REAÇÃO
Para o sistema de reação é necessário a montagem de uma estrutura fixada no terreno por meio de elementos tracionados, que suportem a carga que será aplicada.
De acordo com a NBR 12131 (ABNT, 2006), esse sistema será composto por estacas de reação, uma viga metálica com o comprimento, altura e profundidade à serem definidos, ancorada em quatro barras de tirantes soldadas em barras de aço comum. Sendo duas estacas de reação em cada extremidade da viga. A Figura 8 mostra como serão posicionados os elementos.
Figura 8 - Croqui da montagem do sistema de reação, vista superior Fonte: Acervo Pessoal, 2017.
A dimensão da estaca será de 23x23 centímetros por facilidade de execução e a profundidade das estacas de reação serão definidos em função das cargas máximas a serem aplicadas em cada estaca ensaiada. Sendo que o conjunto de 4 estacas deverá suportar uma carga a tração de pelo menos 3 vezes a carga de trabalho correspondente a seção a ser ensaiada.
6.4.3 SISTEMA DE APLICAÇÃO DE CARGA
Segundo a NBR-12131 (ABNT, 2006), nas provas de carga realizadas devem, obrigatoriamente, ser medidas as aplicações de carga, através de um conjunto formado por macaco hidráulico, bomba e manômetro e devem estar calibrados de acordo com alguma entidade reconhecida pelo INMETRO. Na Figura 9 vemos como será a aplicação de carga.
Figura 9 - Corte frontal e lateral do Sistema de Aplicação de Carga Fonte: SCCAP Engenharia,2011
A aplicação do carregamento será feita utilizando um macaco hidráulico com manômetro que tenha capacidade para 300 kN (30 ton.), atuando ainda como um sistema de reação estável. Ainda segundo a NBR 12131 (ABNT, 2006), o sistema de aplicação de carga deve ser instalado de modo que a carga aplicada atue na direção desejada.
6.5 EXECUÇÃO DAS PROVAS DE CARGA
A execução da prova de carga estática será do tipo lenta, e seguirá o método apresentado na NBR-12131 (ABNT, 2006). Para a realização de tal ensaio, será instalada a viga de reação sobre o conjunto de estacas, conforme apresentado na Figura 3. Sobre a estaca, no bloco de coroamento, será instalado o macaco hidráulico, assim como o piezômetro e os relógios (manômetros) para a medição da carga aplicada. Após a instalação dos materiais necessários, será iniciada a prova de carga. O carregamento na estaca deve ser executado em estágios de mesma intensidade, tomando o devido cuidado para que a carga aplicada em cada estágio
não seja superior a 20% da carga de trabalho prevista para a estaca ensaiada, e em cada estágio de aplicação de carga, esta deve ser mantida até a estabilização dos deslocamentos e no mínimo 30 minutos.
Em cada estágio, os deslocamentos devem ser lidos imediatamente após a aplicação de carga, deve-se fazer as leituras decorridos 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min e de hora em hora até que os deslocamentos se estabilizem. Será considerado estabilizado, a partir do momento em que a diferença entre duas leituras consecutivas dos recalques corresponder a no máximo 5% do deslocamento no mesmo estágio.
Finalizada a fase de carregamento, a carga máxima aplicada deve ser mantida por no mínimo 12 horas entre a estabilização dos recalques e início do descarregamento.
O descarregamento deve ser feito em no mínimo quatro estágios, mantendo até a estabilização dos deslocamentos com registros mantendo os critérios de tempo estabelecidos acima.
As leituras dos carregamentos devem continuar, após o descarregamento total, até que ocorra a estabilização.
6.6 ANÁLISE DOS RESULTADOS
Os resultados da prova de carga serão analisados e comparados com os métodos de dimensionamento e previsão de carga semi-empíricos obtidos a partir dos métodos de Aoki & Velloso (1975) e de Décourt & Quaresma (1978, 1996). Estimando-se assim, a carga de ruptura de uma estaca pré-moldada
Analisando e comparando os resultados obtidos com a prova de carga estática e os obtidos pelos métodos semi-empíricos, será possível verificar um método que mais se adapte para as características do solo de Sinop – MT, determinando o comportamento carga x deslocamento desse elemento de fundação
Com base nos resultados obtidos, será possível determinar um fator de segurança aceitável para a região. Analisando assim, se o fator de segurança (FS) admitido nos projetos pode ser reduzido, sendo possível assim uma diminuição de custos na execução das estacas.
7 RECURSOS FINANCEIROS
O projeto será desenvolvido com recursos próprios e com auxílio da empresa de engenharia, PROENG - PROJETOS E ENGENHARIA, na qual será disponibilizado o equipamento Bate-Estaca, para realização do ensaio de prova de carga estática nas estacas pré-moldadas na cidade de Sinop - MT.
8 CRONOGRAMA
ATIVIDADES
2018
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO DEZ Revisão bibliográfica
Cotação de preços dos equipamento Aquisição dos equipamentos
Testes preliminares Cravação das estacas
Montagem do sistema de reação Execução do ensaio
Tratamento e análise dos dados Apresentação dos resultados Redação do artigo
9 REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO
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