UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
UNIDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS
ENGENHARIA AGRÍCOLA
ENGENHARIA AGRÍCOLA
DIMENSIONAMENTO DA FUNDAÇÃO DE UM SILO VERTICAL
DIMENSIONAMENTO DA FUNDAÇÃO DE UM SILO VERTICAL
METÁLICO DE FUNDO PLANO PARA ARMAZENAMENTO DE
METÁLICO DE FUNDO PLANO PARA ARMAZENAMENTO DE
MILHO A GRANEL
MILHO A GRANEL
Ana Cláudia Oliveira Sérvulo Ana Cláudia Oliveira Sérvulo
ANÁPOLIS-GO
ANÁPOLIS-GO
2012
2012
ANA CLÁUDIA OLIVEIRA SÉRVULO
ANA CLÁUDIA OLIVEIRA SÉRVULO
DIMENSIONAMENTO DA FUNDAÇÃO DE UM SILO VERTICAL
DIMENSIONAMENTO DA FUNDAÇÃO DE UM SILO VERTICAL
METÁLICO DE FUNDO PLANO PARA ARMAZENAMENTO DE
METÁLICO DE FUNDO PLANO PARA ARMAZENAMENTO DE
MILHO A GRANEL
MILHO A GRANEL
Monografia apresentada a Universidade Monografia apresentada a Universidade Estadual de Goiás
Estadual de Goiás – – UnUCET, para UnUCET, para
obtenção do título de Bacharel em obtenção do título de Bacharel em Engenharia Agrícola
Engenharia Agrícola
Área de concentração:
Área de concentração: Estruturas e Estruturas e Edificações Rurais
Edificações Rurais
Orientador:
Orientador: Prof. Esp. Neander Berto Prof. Esp. Neander Berto Mendes. Mendes.
ANÁPOLIS
ANÁPOLIS
– –GO
GO
2012
2012
AGRADECIMENTOS AGRADECIMENTOS
À minha mãe, Isa Maria, pelo encorajamento e apoio em todas as minhas À minha mãe, Isa Maria, pelo encorajamento e apoio em todas as minhas decisões, pela preocupação com meu bem estar, compreensão, educação, amor, decisões, pela preocupação com meu bem estar, compreensão, educação, amor, dedicação, e por sempre me fazer sentir especial ao falar do seu orgulho em me ter dedicação, e por sempre me fazer sentir especial ao falar do seu orgulho em me ter como filha.
como filha.
Ao meu pai, Francisco de Assis, pela disciplina, valores morais, suporte Ao meu pai, Francisco de Assis, pela disciplina, valores morais, suporte emocional e financeiro, carinho, puxões de orelha, pelos cavalos, e
emocional e financeiro, carinho, puxões de orelha, pelos cavalos, e por me ensinar que por me ensinar que oo sucesso é apenas fruto de esforço e será duradouro desde que tenha sido alcançado sucesso é apenas fruto de esforço e será duradouro desde que tenha sido alcançado honestamente.
honestamente.
Às minhas avós, Celina e Maria,
Às minhas avós, Celina e Maria, pelos cuidados prestados durante toda a minhapelos cuidados prestados durante toda a minha vida, por me fazer buscar sempre o melhor para minha família, e pelos constantes vida, por me fazer buscar sempre o melhor para minha família, e pelos constantes incentivos ao meu crescimento profissional.
incentivos ao meu crescimento profissional.
Ao meu avô João, pelo exemplo de criatividade e capacidade de adaptação de Ao meu avô João, pelo exemplo de criatividade e capacidade de adaptação de materiais e instrumentos inusitados às suas necessidades no dia a dia, que sempre me materiais e instrumentos inusitados às suas necessidades no dia a dia, que sempre me fascinou e incentivou.
fascinou e incentivou.
Ao meu Orientador, Prof. Neander Berto, pela inesgotável paciência, Ao meu Orientador, Prof. Neander Berto, pela inesgotável paciência, profissionalismo,
profissionalismo, compromisso, compromisso, por por acreditar acreditar no no meu meu potencial, potencial, e e por por me me incentivar incentivar aa realizar projetos e ações que para muitos er
realizar projetos e ações que para muitos eram considerados impossíveis.am considerados impossíveis.
Ao Prof. Ivano Alessandro, que embora não tenha sido oficialmente meu Ao Prof. Ivano Alessandro, que embora não tenha sido oficialmente meu professor,
professor, foi foi uma uma pessoa pessoa de de extrema extrema importância importância na na minha minha formação formação acadêmicaacadêmica,, sempre me incluindo em seus projetos, dando apoio e
sempre me incluindo em seus projetos, dando apoio e conselhos valiosos.conselhos valiosos. Aos demais professores e
Aos demais professores e funcionários da UEG-UnUCET.funcionários da UEG-UnUCET.
Ao João Paulo, Pricilla, Juliana e Jackeline, pelo ombro amigo, incentivos, Ao João Paulo, Pricilla, Juliana e Jackeline, pelo ombro amigo, incentivos, momentos de descontração, e pela compreensão nos meus momentos de estresse, momentos de descontração, e pela compreensão nos meus momentos de estresse, ausência e ansiedade causados pela atribulada vida
ausência e ansiedade causados pela atribulada vida de estudante de engenharia.de estudante de engenharia.
Aos amigos da UEG, em especial, Victor, Larissa, Jéssica, Fausto, Athina e Aos amigos da UEG, em especial, Victor, Larissa, Jéssica, Fausto, Athina e Poliana, pelos momentos vividos j
Poliana, pelos momentos vividos juntos durante esta caminhada.untos durante esta caminhada.
Às todas as contribuições que me levaram a seguir este caminho no qual só Às todas as contribuições que me levaram a seguir este caminho no qual só tenho colhido bons frutos.
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS... vii
LISTA DE QUADROS... viii
LISTA DE FIGURAS ... ix
LISTA DE ABREVIATURAS ... xii
RESUMO... xiii 1. JUSTIFICATIVA... 14 2. OBJETIVOS... 16 2.1 OBJETIVO GERAL ... 16 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 16 3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 17 3.1. CEREAIS ... 17 3.1.1. Estimativas... 17 3.1.2. Milho... 18
3.1.3. Mercado externo – Milho ... 19
3.2 SILOS E ARMAZENAGEM DE GRÃOS A GRANEL ... 20
3.3.1. Classificação das estruturas de armazenamento de grãos a granel. .. 20
3.3.2. Silos metálicos de fundo plano ... 23
3.3.3. Capacidade estática e o dimensionamento do silo ... 26
3.3 MECÂNICA DOS SOLOS ... 28
3.4.1. Classificação dos solos pela granulometria. ... 28
3.4.2. Índices do solo que interessam à sua classificação ... 31
3.4.3. Argila - caso particular ... 32
3.4.5. Água no solo... 33
3.4.5.1. Tipo de aqüíferos ... 33
3.4.5.2. Percolação de água ... 34
3.4.5.3. Transmissão de forças ao solo ... 34
3.4.5.4. Ruptura do solo ... 35
3.4 SONDAGEM ... 35
3.5.1. Sondagem de simples reconhecimento à percussão – SPT ... 36
3.5.2. Determinação da resistência do solo em função do SPT ... 39
3.5.3. Correlação entre o SPT e outras características dos solos... 39
3.5.4. Critérios de paralisação da sondagem SPT ... 40
3.5.5. Sondagens rotativas ... 41
3.5.6. Determinação da quantidade e da profundidade dos furos de sondagem... 42 3.6 FUNDAÇÕES ... 43 3.6.1. Definição... 43 3.6.2. Tipos de fundações ... 43 3.6.2.1. Fundações Superficiais ... 44 3.6.2.2 Fundações Profundas... 45 3.6.2.3. Fundações Mistas ... 46
3.6.3. Parâmetros para a escolha da fundação ... 47
3.6.3.1 Topografia da área ... 47
3.6.3.2 Características do maciço de solo ... 47
3.6.3.3 Dados da estrutura ... 48
3.6.3.4 Dados sobre as construções vizinhas ... 48
3.6.3.5 Aspectos econômicos ... 48
3.6.4. Critérios para escolha de fundação profunda ... 49
3.6.5.1 Estaca Strauss ... 49
3.6.5.2 Estaca Franki ... 50
3.6.5.3 Estaca escavada com trado helicoidal ... 51
3.6.5.4 Estaca hélice contínua ... 52
3.6.5.5 Estaca escavada com lama betonítica... 53
3.6.5.6 Estaca raiz ... 54
3.6.5.7 Micro-estaca ... 55
3.6.5.8 Fundações profundas pré-moldadas ... 55
3.6.6. Blocos sobre estacas ... 56
4. MATERIAL E MÉTODOS ... 58
4.1. MATERIAL A SER ARMAZENADO ... 58
4.2. DIMENSÕES DO SILO ESTUDADO. ... 58
4.3. CARGAS ATUANTES ... 59
4.4. MATERIAL ... 60
4.5. ANÁLISE DO LAUDO DE SONDAGEM ... 61
4.6. CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS POR MEIO DO SPT ... 63
4.7. CARACTERIZAÇÃO DA ESTACA ... 65
4.8. DETERMINAÇÃO DAS DIMENSÕES DO BLOCO DE COROAMENTO 65 4.9. MÉTODO PARA O DIMENSIONAMENTO DO BLOCO DE COROAMENTO ... 67
4.9.1. Dimensionamento à flexão simples ... 67
4.9.2. Dimensionamento à flexo tração ... 69
4.9.3. Determinação do momento fletor e do esforço normal de tração na seção do bloco de coroamento ... 72
4.10. ARMADURA DA ESTACA ... 75
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO... 77
5.2. ESFORÇOS ATUANTES NO BLOCO DE COROAMENTO ... 78 5.3. DIMENSIONAMENTO DA ARMADURA ... 80 5.3.1. Bloco de coroamento ... 80 5.3.2. Estaca... 82 5.3.3. Detalhamento final ... 83 5.4. LEVANTAMENTO DE MATERIAL ... 86 CONCLUSÃO... 87
ANEXO A – DETERMINAÇÃO DAS CARGAS ATUANTES NO SILO ... 94
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 - Distribuição dos tipos de solos e denominações. ... 31
TABELA 2 - Resistência do solo em função do SPT... 39
TABELA 3 - Argila – Correlações entre SPT e características do solo. ... 40
TABELA 4 - Areia – Correlações entre SPT e características do solo. ... 40
TABELA 5 - Classificação da rocha quanto ao grau de fraturamento. ... 42
TABELA 6 - Resultados finais do esforço normal ( N x), momento fletor ( M x) e esforço cortante (Q x) devido à combinação: peso próprio (PP) e grãos (G), em relação à coordenada (x). ... 60
TABELA 7 - Parâmetros F1 e F2 propostos por Monteiro (1993). ... 64
TABELA 8 - Parâmetros k e α propostos por Aoki & Velloso. ... 64
TABELA 9 - Resultados da aplicação do método Aoki-Velloso para determinação da capacidade de carga da estaca. ... 77
LISTA DE QUADROS
QUADRO 1 - Características do material armazenado. ... 58
QUADRO 2 - Dimensões do silo estudado. ... 59
QUADRO 3 - Características dos materiais utilizados. ... 61
QUADRO 4 - Forças geradoras de flexo tração no anel de coroamento. ... 80
QUADRO 5 - Armadura longitudinal de flexão, flexo tração e total da faixa. ... 81
QUADRO 6 - Armadura de cisalhamento da faixa. ... 82
QUADRO 7 - Volume total necessário de concreto para construção dos elementos de fundação, considerando 40% de perdas. ... 86
QUADRO 8 - Massa de aço (em kg) necessária para as armaduras da estaca e do bloco de coroamento... 86
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - Distribuição da produção brasileira de cereais, leguminosas e oleaginosas,
por regiões. ... 18
FIGURA 4 - Silos cilíndricos elevados de concreto. ... 21
FIGURA 5 - Armazém graneleiro: (a) Fundo plano, (b) semi plano, em “V” (c) e em “W”... 21
FIGURA 6 - Silo bolsa (hermético). ... 22
FIGURA 7 - Silos metálicos elevados. ... 23
FIGURA 8 - Silo metálico de fundo plano. ... 23
FIGURA 9 - Parede do silo metálico, em detalhe: montante de perfil “W”. ... 25
FIGURA 10 - Anéis de reforço circundando o silo metálico. ... 25
FIGURA 11 - Silo cilíndrico de fundo plano, onde: (Hto) altura total do silo, (Hc) altura do cilindro, (Ht) altura do telhado, (Hg) altura do cone de grãos, (D) diâmetro do silo, (V1) volume do cilindro e (V2) volume do cone de grãos. ... 27
FIGURA 12 - Tipos de solo: (a) Argila, (b) Silte, (c) Areia, (d) Pedregulho, (e) Matacão e (f) Rocha. ... 30
FIGURA 13 - Tensões normais de compressão e tensões de cisalhamento. ... 34
FIGURA 14 - Sistema de tripé, peso e amostrador, em detalhe o amostrador. ... 37
FIGURA 15 - Trépano de lavagem com corte em bisel, vista frontal (a), corte AA (b) e vista lateral (c). ... 38
FIGURA 16 - Esquema de funcionamento de sonda rotativa (a) e coroas rotativas (b). 42 FIGURA 17 - Principais tipos de fundação superficial: (a) Bloco, (b) Sapata, (c) Viga, (d) Radier e (e) Grelha. ... 45
FIGURA 18 - Tipos de fundações profundas: (a) Estaca, (b) tubulão e (c) caixão... 46
FIGURA 19 - Tipos de fundação mista: (a) Estaca ligada a sapata (“estaca T”), (b) Estaca abaixo de sapata (“estapata”), (c) Radier sobre estacas e (d) Radier sobre tubulões. ... 47
FIGURA 20 - Equipamento para execução da estaca Strauss. ... 50
FIGURA 21 - Execução da estaca Franki. ... 51
FIGURA 23 - Execução de estaca hélice contínua. Introdução do trado (a) e
concretagem (b). ... 53
FIGURA 24 - Execução da estaca escavada com lama betonítica (barrete). ... 54
FIGURA 25 - Execução da estaca raiz. Perfuração com revestimento integral do furo (a), colocação da armação interna ao tubo de revestimento (b), preenchimento ascensional do furo com argamassa (c), extração do tubo de revestimento e aplicação de ar comprimido (d) e estaca finalizada (e). ... 55
FIGURA 26 - Bloco de coroamento para 4 estacas, onde F é a carga da superestrutura e R são as reações nas estacas. ... 56
FIGURA 27 - Blocos apoiados sobre duas estacas, ligados por viga baldrame (a) e bloco corrido (b). ... 57
FIGURA 28 - Dimensões do silo. ... 59
FIGURA 29 - Perfil de Sondagem Mista (SM). ... 62
FIGURA 30 - Vista superior e frontal do bloco corrido, respectivamente... 66
FIGURA 31 - Configuração da seção de uma viga retangular submetida à flexão... 68
FIGURA 32 - Seção retangular sob flexo tração normal. ... 69
FIGURA 33 - Forças horizontais uniformemente distribuídas. ... 73
FIGURA 34 - Corte diametral do anel com enfoque na força radial (inspirado – Pedroso, 1998). ... 74
FIGURA 35 - Momentos radiais uniformemente distribuídos. ... 74
FIGURA 36 - Disposição das estacas ao longo do anel de coroamento, onde 19,8 m é o diâmetro do silo, 0,8 m é a largura do anel de coroamento, e 0,5 m é o diâmetro da estaca. ... 78
FIGURA 37 - Trecho representativo do anel de coroamento (em cm), sob ação de carga distribuída, utilizado na análise. ... 79
FIGURA 38 - Vista superior e frontal do anel de coroamento, com dimensões em centímetros. ... 79
FIGURA 39 - Diagrama de esforço cortante e momento fletor atuantes na faixa, respectivamente. ... 80
FIGURA 40 - Trechos de armadura de apoio e mínima (hachura) em relação à força cortante, com dimensões em centímetros. ... 81
FIGURA 41 - Detalhamento de armadura para o bloco, com medidas em centímetros. 82 FIGURA 42 - Detalhamento da armadura para a estaca, com medidas em centímetros.83
FIGURA 43 - Pressão local em silos de parede fina. ... 95
FIGURA 44 - Estrutura inicial. ... 98
FIGURA 45 - Sistema principal com esforços redundantes X1 e X2. ... 99
FIGURA 46 - Condição de contorno, bordas livres. ... 99
FIGURA 47 - Estado E0,com deslocamentos 10e 20... 100
FIGURA 48 - Estado E1,com deslocamentos 11e 21... 100
FIGURA 49 - Estado E2,com deslocamentos 12e 22. ... 101
FIGURA 50 - Distribuição dos esforços atuantes em uma casca cilíndrica circular carregada simetricamente em relação ao seu eixo. ... 107
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
AS – Australian Standard (Norma Australiana)
BS EN – British Standard European Norm
CONAB – Companhia Nacional de Abastecimento
DIN – Deutsches Institut für Normung (Instituto Alemão para Normatização)
EMBRAPA – Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária
FAO – Food and Agriculture Organization
IBGE – Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IPT – Instituto de Pesquisas Técnicas
ISO – International Organization for Standardization (Organização Internacional de
Normatização)
MAPA – Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento
NBR – Norma Brasileira
RESUMO
O silo metálico está presente em quase todas as unidades armazenadoras e seu uso se dá devido à praticidade de construção, manejo do produto armazenado e sua ampla capacidade de armazenamento. Devido à importância social e econômica dos grãos armazenados, é indispensável que a estrutura de armazenamento apresente estabilidade e resistência. Foi analisada e dimensionada a fundação de um silo metálico de 19,8 m de diâmetro por 37,2 m de altura, para armazenamento de milho a granel, em uma unidade armazenadora, localizada no município de Palotina, Paraná. De acordo com o laudo de sondagem, o solo local foi de estrutura argilosa com consistência variando de mole à rija ao longo do perfil analisado, apresenta resistência satisfatória, com existência de rocha basáltica há aproximadamente 11,0 m da superfície, conferindo estabilidade suficiente para a instalação da estrutura. Foram dimensionados o bloco de coroamento
em formato de anel e as estacas, ambos em concreto armado (f ck = 20 MPa). O bloco de
coroamento apresenta 0,8 m de largura, 0,6 m de altura e 62,2 m de comprimento. As estacas, do tipo Hélice Contínua, têm 0,5 m de diâmetro e 11,0 m de comprimento. Para o bloco de coroamento, admitiu-se um comportamento estrutural elástico linear, sendo empregada na análise estática a teoria das barras. Foi observado que os maiores esforços solicitantes do bloco ocorreram na região de apoio (estacas). As estacas foram dimensionadas como pilares biengastados submetidos à compressão centrada. Embora não fosse necessário para resistir à compressão, foi utilizada armadura mínima nos 5,0 m iniciais da estaca, com finalidade de ancoragem entre estaca e bloco. Para combate dos esforços gerados utilizou-se, para o bloco, armadura longitudinal com área de aço total de 36,2 cm² em aço CA-50 com bitola de 16 mm. Para as estacas, utilizou-se área total de armadura longitudinal igual a 9,8 cm² em aço CA-50 com bitola de 12,5 mm. Para a armadura transversal das estacas utilizou-se barras de aço CA-50 com bitola de 6,3 mm, e para o bloco, barras de 8,0 mm. Estima-se que, na execução dos elementos de fundação, sejam consumidos aproximadamente 190 m³ de concreto e 84.068 kg de aço.
1. JUSTIFICATIVA
O agronegócio é o setor propulsor da economia brasileira. Dentre os produtos destacam-se os grãos, que têm alcançado recordes nas últimas safras graças ao uso de tecnologias de última geração. Por outro lado, a infraestrutura de armazenagem não mostra conexão com este desempenho e compromete a perenidade do agronegócio (FANK, 2010).
A armazenagem é uma das etapas mais importantes dentro da logística, pois colabora para a redução de custos de tempo, atendendo com flexibilidade às exigências da demanda do mercado. Armazenar é guardar e conservar o produto, diminuindo ao máximo as perdas, utilizando-se, da melhor maneira possível, as técnicas existentes (LORINI et al., 2002). Durante o armazenamento os grãos não melhoram sua qualidade e sim no máximo a mantém. Logo, somente boas práticas de armazenamento conservam a qualidade física e fisiológica dos grãos (BAUDET e VILELA, 2000).
Basicamente os depósitos destinados ao armazenamento de grãos a granel são classificados em silos elevados e silos horizontais segundo a forma da estrutura de armazenamento. Os silos elevados são os depósitos cuja altura é maior que o diâmetro. São os bin, upright storage e vertical storage. Os silos horizontais ou armazéns graneleiros tem altura menor que a base e são denominados: horizontal storage ou flat
storage(D’ARCE, 2006).
Segundo Timm (2002), em 1910 foi publicado nos Estados Unidos um boletim
denominado “Concrete Silo Construction”, onde foram detalhadas instruções para
construir um silo de concreto armado.
A análise do comportamento das estruturas dos silos tem se destacado nas diversas áreas de pesquisas relacionadas aos sistemas de armazenamento, uma vez que não existe uma padronização no que tange ao dimensionamento destas estruturas (FANK, 2010).
Fundações são os elementos estruturais com função de transmitir as cargas da estrutura ao terreno onde ela se apoia (AZEREDO, 1977). Assim, as fundações devem ter resistência adequada para suportar as tensões causadas pelos esforços solicitantes. Além disso, o solo necessita de resistência e rigidez apropriadas para não sofrer ruptura e não apresentar deformações exageradas ou diferenciais (MELHADO et al., 2002).
Para se escolher a fundação mais adequada, deve-se conhecer os esforços atuantes sobre a edificação, as características do solo e dos elementos estruturais que formam as fundações (MELHADO et al., 2002).
Fundações bem projetadas correspondem de 3% a 10% do custo total da edificação; porém, se forem mal concebidas e mal projetadas, podem atingir 5 a 10 vezes o custo da fundação mais apropriada para o caso.
Os elementos necessários para o desenvolvimento de um projeto de fundações são: topografia da área, dados geológicos-geotécnicos, dados da estrutura a construir, e dados sobre construções vizinhas. As cargas da estrutura devem ser transmitidas às camadas do terreno capazes de suportá-las sem ruptura (CAMPOS, 2009).
Ao longo dos anos, construtores de silos têm melhorado a concepção e construção da porção aérea dos silos, mas, em contraste, muito pouco tem sido feito para melhorar a fundação (BOZOZUK, 1976).
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Dimensionar a fundação para o silo metálico considerando o peso próprio
da superestrutura e as pressões devidas ao carregamento e descarregamento de grãos.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Analisar o laudo de sondagem;
Dimensionar o bloco de coroamento das estacas; e
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. CEREAIS
Os cereais são a maior fonte de alimento para consumo direto pelo homem. Dos 2,4 bilhões de toneladas de cereais produzidos atualmente, 1,1 bilhão de toneladas são consumidas diretamente pelo homem, 800 milhões de toneladas (35 % do consumo mundial) são destinadas à alimentação animal, e os 500 milhões de toneladas remanescentes são usadas em processos industriais, sementes, ou são simplesmente são perdidas (FAO, 2012).
3.1.1. Estimativas
Segundo levantamento feito pela Companhia Nacional de Abastecimento (CONAB) em julho de 2012, a área plantada de cereais no Brasil, na safra 2011/12, foi estimada em 50,83 milhões de hectares, 1,9 % maior que a cultivada na safra anterior. Dado destaque para o milho safrinha e a soja, que apresentam crescimento de área plantada. As demais culturas apresentam redução na área cultivada, sobretudo as de
arroz e feijão, causado principalmente pela estiagem na região Nordeste.
A Conab estima produção de 162,6 milhões de toneladas de cereais para a safra atual, valor ligeiramente inferior à safra anterior, justificada pelas condições climáticas desfavoráveis principalmente no Nordeste, Sul e Sudeste.
As culturas de maior produção no país são milho, soja e arroz. Juntas, estas três culturas representaram na safra atual mais de 90 % da produção total de grãos no Brasil, ocupando aproximadamente 84 % da área plantada.
A Figura 1 apresenta a distribuição, por regiões, da produção de cereais, leguminosas e oleaginosas. Comparativamente à safra passada, são constatados incrementos nas Regiões Norte, 4,5%, Nordeste, 27,6% e Centro-Oeste, 4,9% e decréscimos na Sudeste, 3,1% e Sul, 5,9% (IBGE, 2012).
FIGURA 1 - Distribuição da produção brasileira de cereais, leguminosas e oleaginosas, por regiões.
Fonte: IBGE (2012).
3.1.2. Milho
O milho é um cereal de extrema importância no Brasil, sendo produzido em todas as regiões do país, dentro de diferentes sistemas de produção. Ele é utilizado predominantemente para consumo humano e alimentação de animais, principalmente
suínos e aves (GARCIA et al., 2008). É cultivado em praticamente todo o território nacional. Entre 2004 e 2007, 92% da produção concentravam-se nas regiões Sul (47% da produção), Sudeste (21% da produção) e Centro-Oeste (24% da produção) (GARCIA et al., 2008).
De acordo com a Conab, a área plantada com milho no Brasil, para primeira e segunda safra, no período 2011/12 foi fixada em 15,11 milhões de hectares. A produção foi estimada em 69.480,5 mil toneladas. O custo de produção de 3,9 t/ha de milho, avaliado para a safra de seca 2012/12, corresponde a aproximadamente R$ 1.442,00 por
hectare, segundo dados da Conab, para o município de Rio Verde – Goiás. A
produtividade teve um crescimento de 182 % entre as safras de 1976/77 e 2011/12, chegando à média nacional de 4,59 t/ha.
A produção de milho no país também aumentou entre 2000 e 2009, sendo que este aumento foi mais expressivo considerando separadamente a segunda safra. Os
sistemas de produção da safrinha têm sido aprimorados nos últimos anos, contribuindo para elevar a produtividade e consequente produção das lavouras nessa época. Os Estados do Paraná, do Mato Grosso e de Minas Gerais destacaram-se em termos de produção (LANDAU, 2011).
3.1.3. Mercado externo – Milho
O maior importador do milho brasileiro em junho de 2012 foi a Tunísia, que adquiriu do Brasil um total de 29,4 mil toneladas. Em seguida, destacaram-se Marrocos e Costa Rica, que adquiriram respectivamente, 27,2 mil toneladas e 27,0 mil toneladas (DUPONT PIONEER, 2012).
O mercado mundial do milho vem atravessando um profundo cenário de mudança. O cereal se tornou uma das principais fontes para produção de etanol, o que alterou a sua curva de demanda. Os Estados Unidos são responsáveis por quase 70 % das exportações mundiais do grão. Com boa parte do excedente de milho norte americano direcionado à produção de etanol, no médio e longo prazo haverá uma menor participação dos Estados Unidos nas exportações mundiais. Neste cenário, abre-se um imenso espaço para o Brasil ocupar parte deste mercado. Estima-se que em 2017 as exportações mundiais de milho atingirão 105,8 milhões de toneladas e a participação dos Estados Unidos será restrita a 50 % (SOLOGUREN, 2007).
O estudo das projeções de produção do cereal, realizado pela Assessoria de Gestão Estratégica do MAPA (Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento), indica aumento de 19,11 milhões de toneladas entre a safra de 2008/2009 e 2019/2020. O Brasil está entre os países que terão aumento significativo das exportações de milho, ao lado da Argentina. O crescimento será obtido por meio de ganhos de produtividade. Enquanto a produção de milho está projetada para crescer 2,67% ao ano nos próximos anos, a área plantada deverá aumentar 0,73% (MAPA, 2010).
No último levantamento apresentado pela Conab, no período entre janeiro e maio de 2012, o Brasil exportou 1,68 milhões de toneladas de milho, e importou 337,9 mil toneladas.
Ao longo da última década, o Brasil se estabeleceu como grande exportador de milho. Adicionalmente à maior quantidade de exportações, o país também diversificou o destino das mesmas. Nesse período, houve dois grandes parceiros comerciais, o Irã e a
Coréia do Sul, que, juntos, quase sempre garantiram entre 2 e 3 milhões de toneladas exportadas (MIRANDA e GARCIA, 2012).
3.2 SILOS E ARMAZENAGEM DE GRÃOS A GRANEL
A implantação do manuseio e armazenagem de grãos a granel constitui uma tendência universal. Nos países desenvolvidos, a manipulação a granel é generalizada e integrada desde a colheita. À medida que o agricultor melhora o nível de tecnificação, utilizando combinadas nas colheitas, verifica-se a necessidade de manipular a sua produção a granel.
3.3.1. Classificação das estruturas de armazenamento de grãos a granel.
Segundo D’arce (2012), basicamente os depósitos destinados ao
armazenamento de grãos a granel são classificados em:
a. Silos de concreto: são depósitos de concreto de média e grande capacidade, constituído de duas partes fundamentais, torre e conjunto de células e entre células (Figura 2). Na torre acham-se instalados os elevadores, secadores, exaustores, máquinas de limpeza, distribuidores, entre outros. As células e entre células são de grande altura com o fundo em forma de cone para facilitar a descarga dos grãos. Sua parede espessa evita a transmissão de calor para a massa de grãos, permitindo armazenagem por tempo prolongado. Requer alto custo de implantação e longo tempo para sua construção.
FIGURA 2 - Silos cilíndricos elevados de concreto.
Fonte: Tecbarragem Slipform (2012).
b. Armazéns graneleiros: face ao seu baixo custo em relação ao silo elevado
e rapidez de construção, o interesse sobre o emprego de armazém graneleiro tem sido crescente. Este tipo de estrutura apresenta algumas limitações funcionais, destacando-se a necessidade de manter o teor de umidade da massa de grãos mais baixo que no silo elevado, emprego frequente da aeração mecânica, ineficiência do sistema de termometria, e dificuldades na descarga do produto. São caracterizados por grandes compartimentos de estocagem de concreto ou alvenaria. A unidade pode apresentar
fundo plano, semi plano, em forma de “V”, ou em forma de “W”, conforme ilustra a
Figura 3.
FIGURA 3 - Armazém graneleiro: (a) Fundo plano, (b) semi plano, em “V” (c) e em
“W”.
c. Silos herméticos: os silos herméticos podem manter os grãos livres de insetos e impedir o desenvolvimento de fungos. O princípio básico do armazenamento hermético é o mesmo tanto para grãos secos ou úmidos, e baseia-se no seguinte: redução da taxa de oxigênio a um nível que causa a morte ou deixa inativos os insetos e fungos, antes que esses organismos nocivos proliferem a ponto de prejudicar o produto. O modelo mais utilizado é o Silo Bolsa, feito de polietileno, instalado diretamente no chão, como mostrado na Figura 4. O Silo Bolsa requer baixo investimento inicial, rápido retorno, redução nos custos operacionais e dispensa investimentos em obras civis.
FIGURA 4 - Silo bolsa (hermético).
Fonte: Marcher Brasil (2012).
d. Silos Metálicos: os silos de média e pequena capacidade, em geral, são metálicos, de chapas lisas ou corrugadas, de ferro galvanizado ou alumínio, fabricados em série e montados sobre um piso de concreto. Os silos de ferro galvanizados são pintados de branco para evitar a intensa radiação solar. Podem ser de fundo plano, fundo
FIGURA 5 - Silos metálicos elevados.
Fonte: ARMCO STACO (2012).
3.3.2. Silos metálicos de fundo plano
Segundo ANDRADE JUNIOR E CALIL JUNIOR, 2007, os silos metálicos cilíndricos de chapas corrugadas e cobertura cônica são as unidades mais utilizadas no Brasil para o armazenamento de produtos granulares, por que são eficientes, de baixo custo e de fácil montagem, seja em cooperativas ou agroindústrias. A Figura 6 ilustra um silo vertical metálico de fundo plano.
FIGURA 6 - Silo metálico de fundo plano.
Este tipo de silo contém arranjo estrutural de muitos elementos ligados por parafusos, sendo classificado em função da relação altura/diâmetro H/D: quando H/D é menor ou igual a 0,5 o silo é classificado como silo curto, H/D entre 0,5 e 1,5 é classificado como silo médio; e H/D maior que 1,5 é classificado como silo longo. O cilindro, ou costado, é composto em chapas metálicas corrugadas. Os silos cilíndricos têm dimensões comerciais que variam de 3 m a 32 m de diâmetro por 3 m a 30 m de altura, com volumes de 20 m³ até 26.000 m³. Todo este conjunto encontra-se diretamente apoiado sobre uma base, com o costado fixo por parafusos a um anel rígido de concreto que é independente da base.
Os silos de fundo plano possuem como característica o baixo custo por tonelada armazenada, sendo a melhor opção para a armazenagem de grãos a longo período. Os projetos dos silos possibilitam ampliações verticais, otimizando o espaço
físico das instalações.
São estruturas leves, de chapas delgadas e de grandes dimensões em relação ao peso-próprio, o que torna este tipo de silo susceptível aos eventuais problemas de perda
de estabilidade local e global da estrutura.
A cobertura é composta por telhas que podem ser autoportantes, ou podem estar apoiadas na estrutura do telhado.
De acordo com Scalabrin (2008), o corpo do silo possui como componentes chapas, montantes e anéis de reforço.
As chapas costumam ser de perfil ondulado para as paredes e perfil trapezoidal para a cobertura do silo. As chapas laterais são montadas nos silos, formando anéis cuja
espessura varia conforme a carga que deverão resistir.
Os silos cilíndricos utilizados no armazenamento de grãos geralmente são
formados por chapas de aço de espessura “t”, soldadas entre si e geometricamente
definidas pelo seu diâmetro e sua altura. O corpo do silo é soldado ao fundo.
Os montantes (colunas do silo) podem ser montados no interior ou exterior. Possuem o mesmo perfil em todas as peças, garantindo maior harmonia visual ao silo montado. Alguns modelos de silos possuem montantes sobrepostos, resultando em resistência superior. A Figura 7 mostra o montante na estrutura metálica do silo.
FIGURA 7 - Parede do silo metálico, em detalhe: montante de perfil “W”. Fonte: Kepler Weber (2012).
Os anéis de reforço (Figura 8) são elementos usados para enrijecer o silo quando o mesmo está sujeito a pressões de vento que não podem ser absorvidas somente pelo conjunto chapa lateral e montante.
FIGURA 8 - Anéis de reforço circundando o silo metálico.
Todas as peças que compõem um silo são unidas por parafusos com Todas as peças que compõem um silo são unidas por parafusos com acabamento superficial efetuado através do processo de zincagem ou biocromatizagem acabamento superficial efetuado através do processo de zincagem ou biocromatizagem (SCALABRIN, 2008).
(SCALABRIN, 2008).
O Brasil ainda não possui uma norma específica para a construção de silos, O Brasil ainda não possui uma norma específica para a construção de silos, entretanto as seguintes normas internacionais podem ser consideradas para o seu entretanto as seguintes normas internacionais podem ser consideradas para o seu dimensionamento
dimensionamento: AS 3774 (1996), DIN : AS 3774 (1996), DIN 1055-6 (2005), EUROCODE 1-Part 4 (2002) e1055-6 (2005), EUROCODE 1-Part 4 (2002) e ISO
ISO – – 11697 (1995). 11697 (1995).
A célula de fundo plano requer menos altura para um determinado volume de A célula de fundo plano requer menos altura para um determinado volume de material armazenado. O seu custo inicial é baixo, comparado a outros tipos, e uma das material armazenado. O seu custo inicial é baixo, comparado a outros tipos, e uma das razões pela qual a construção pode ser econômica é que o
razões pela qual a construção pode ser econômica é que o produto repousa sobre o solo,produto repousa sobre o solo, do qual ele é isolado apenas por uma laje impermeável. Isso significa que a fundação é do qual ele é isolado apenas por uma laje impermeável. Isso significa que a fundação é limitada a um anel de concreto sob as paredes. O recalque do
limitada a um anel de concreto sob as paredes. O recalque do fundo plano resultante dasfundo plano resultante das pressões
pressões verticais verticais exercidas exercidas pelo pelo produto produto não não é é consideradconsiderado o problemático problemático (TIMM,(TIMM, 2002).
2002).
3.3.3.
3.3.3. Capacidade estática e o dimensionamento do siloCapacidade estática e o dimensionamento do silo
Capacidade estática é a quantidade de produto que pode ser armazenado na Capacidade estática é a quantidade de produto que pode ser armazenado na estrutura física do armazém ou silo (OLIVEIRA et al., 2010).
estrutura física do armazém ou silo (OLIVEIRA et al., 2010).
Segundo Devilla (2004), o cálculo da capacidade da unidade armazenadora Segundo Devilla (2004), o cálculo da capacidade da unidade armazenadora dependerá do tipo de armazenamento que será realizado, a granel ou convencional. No dependerá do tipo de armazenamento que será realizado, a granel ou convencional. No caso do armazenamento a granel, deve-se selecionar uma estrutura armazenadora que caso do armazenamento a granel, deve-se selecionar uma estrutura armazenadora que atenda a necessidade do projeto. Desta forma, na armazenagem a granel deve-se atenda a necessidade do projeto. Desta forma, na armazenagem a granel deve-se determinar a capacidade da estrutura armazenadora, de acordo com a quantidade de determinar a capacidade da estrutura armazenadora, de acordo com a quantidade de produto a ser a
produto a ser armazenada.rmazenada.
As propriedades friccionais de materiais granulares, tais como sementes e As propriedades friccionais de materiais granulares, tais como sementes e grãos, são de grande importância, no projeto de estruturas de armazenamento, para a grãos, são de grande importância, no projeto de estruturas de armazenamento, para a determinação da capacidade estática de silos e correias de transporte, e no determinação da capacidade estática de silos e correias de transporte, e no dimensionamento de moegas, dutos e rampas de descargas (SILVA, 1995).
dimensionamento de moegas, dutos e rampas de descargas (SILVA, 1995). O coeficiente de fricção entre materiais granulares é i
O coeficiente de fricção entre materiais granulares é igual à tangente do ângulogual à tangente do ângulo de fricção interna do material e, muitas vezes, é denominado ângulo de repouso de fricção interna do material e, muitas vezes, é denominado ângulo de repouso (REZENDE, 2010). Dentre as várias aplicações do ângulo de repouso, pode-se citar: (REZENDE, 2010). Dentre as várias aplicações do ângulo de repouso, pode-se citar: determinação da capacidade de correias transportadoras, dimensionamento de moegas, determinação da capacidade de correias transportadoras, dimensionamento de moegas,
cálculo da inclinação de dutos, dimensionamento de rampas de descarga de grãos, e cálculo da inclinação de dutos, dimensionamento de rampas de descarga de grãos, e cálculo e dimensionamento da capacidade estática de
cálculo e dimensionamento da capacidade estática de silos.silos.
A capacidade estática de armazenamento, logo, será determinada de acordo A capacidade estática de armazenamento, logo, será determinada de acordo com as relações apresentadas a seguir, de acordo com Rezende (2010). A Figura 9 com as relações apresentadas a seguir, de acordo com Rezende (2010). A Figura 9 ilustra um silo
ilustra um silo cilíndrico de fundo plano com suas respectivas dimensões.cilíndrico de fundo plano com suas respectivas dimensões.
FIGURA 9 - Silo cilíndrico de fundo plano, onde: (Hto) altura total do silo, (Hc) altura FIGURA 9 - Silo cilíndrico de fundo plano, onde: (Hto) altura total do silo, (Hc) altura do cilindro, (Ht) altura do telhado, (Hg) altura do cone de grãos, (D) diâmetro do silo, do cilindro, (Ht) altura do telhado, (Hg) altura do cone de grãos, (D) diâmetro do silo, (V1) volume do cilindro e (V2) volume do cone de grãos.
(V1) volume do cilindro e (V2) volume do cone de grãos.
Fonte: REZENDE (2010). Fonte: REZENDE (2010).
A partir do silo il
A partir do silo ilustrado acima, é possível, através da relação Hc/D, determinarustrado acima, é possível, através da relação Hc/D, determinar as demais dimensões de modo a atender a capacidade estática de armazenamento as demais dimensões de modo a atender a capacidade estática de armazenamento requerida. Sendo assim:
requerida. Sendo assim:
Hc Hc D D V V 4 4 1 1 2 2 (1) (1) 3 3 4 4 2 2 2 2 Hg Hg D D V V (2)(2) D D Hg Hg tg tg (( )) 2 2 (3)(3) Onde: Onde: Hto
Hc
Hc – – altura do cilindro; altura do cilindro;
Ht
Ht – – altura do telhado; altura do telhado;
Hg
Hg – – altura do cone de grãos;altura do cone de grãos;
D
D – – diâmetro do silo; diâmetro do silo;
V1
V1 – – volume do cilindro; volume do cilindro;
V2
V2 – – volume do cone de grãos; volume do cone de grãos; α –
α – ângulo de repouso do ângulo de repouso do produto armazenado.produto armazenado.
3.3
3.3 MECÂNICA DOS SOLOSMECÂNICA DOS SOLOS Todo projeto de fundações contempla as
Todo projeto de fundações contempla as cargas aplicadas pela obra e cargas aplicadas pela obra e a respostaa resposta do solo a estas solicitações. Os solos são muito distintos entre si e respondem de do solo a estas solicitações. Os solos são muito distintos entre si e respondem de maneira muito variável, por isto, toda experiência transmitida pelas gerações de maneira muito variável, por isto, toda experiência transmitida pelas gerações de construtores sempre se relaciona ao tipo de
construtores sempre se relaciona ao tipo de solo existente.solo existente.
O conhecimento das propriedades dos solos não se restringe ao que a M
O conhecimento das propriedades dos solos não se restringe ao que a Mecânicaecânica
pode esclarecer. A
pode esclarecer. A Química e Química e a Física a Física Coloidal, importantes Coloidal, importantes para justificar para justificar aspectos doaspectos do comportamento dos solos, são partes integrantes da Mecânica dos
comportamento dos solos, são partes integrantes da Mecânica dos Solos, enquanto que oSolos, enquanto que o conhecimento da Geologia é fundamental para o tratamento correto dos problemas de conhecimento da Geologia é fundamental para o tratamento correto dos problemas de fundações.
fundações.
Os solos são constituídos de um conjunto de partículas com água (ou outro Os solos são constituídos de um conjunto de partículas com água (ou outro líquido) e ar
líquido) e ar nos espaços intermediários.nos espaços intermediários.
Em diversas situações o comportamento do solo só pode ser entendido pela Em diversas situações o comportamento do solo só pode ser entendido pela consideração das forças transmitidas diretamente nos contatos entre as partículas, consideração das forças transmitidas diretamente nos contatos entre as partículas, embora estas forças não sejam utilizadas nos cálculos e
embora estas forças não sejam utilizadas nos cálculos e modelos.modelos.
3.4.1.
3.4.1. Classificação dos solos pela Classificação dos solos pela granulometriagranulometria..
A primeira característica que diferencia os solos é o
A primeira característica que diferencia os solos é o tamanho das partículas quetamanho das partículas que os compõem. A diversidade do tamanho dos grãos é enorme, contudo, num solo os compõem. A diversidade do tamanho dos grãos é enorme, contudo, num solo geralmente convivem partículas com tamanhos diversos.
geralmente convivem partículas com tamanhos diversos.
Os solos são formados a partir da desagregação de rochas por ações físicas e Os solos são formados a partir da desagregação de rochas por ações físicas e químicas. As partículas resultantes dependem da composição da rocha matriz. Algumas químicas. As partículas resultantes dependem da composição da rocha matriz. Algumas partículas
agregações de minerais distintos. É mais comum, entretanto, que as partículas sejam constituídas de um único mineral.
A argila é o tipo de solo que apresenta o menor diâmetro de grão, inferior a 0,002 mm, podendo chegar a diâmetros incrivelmente pequenos, da ordem de 10 angstron (0,000001 mm). Acima de 0,002 mm, até 0,075 mm, encontra-se o silte. A areia é fácil de ser identificada visualmente, pois seus grãos são geralmente grandes, a partir de 0,075 mm, até 2,0 mm. O pedregulho também é muito fácil de ser reconhecido,
visto que seus grãos apresentam diâmetros grandes, que vão de 2,0 mm a 5,0 cm. A partir daí, pode-se encontrar pedras de grandes diâmetros, de até 400 cm, soltas no meio
do solo, caracterizando os denominados matacões. Dependendo da sua dimensão, o matacão pode constituir-se em um grande problema para o projeto da fundação e
principalmente para sua execução. A rocha íntegra – que não sofreu qualquer
FIGURA 10 - Tipos de solo: (a) Argila, (b) Silte, (c) Areia, (d) Pedregulho, (e) Matacão e (f) Rocha.
Fonte: Elaborada pela autora.
A classificação precisa do solo, em termos do tamanho do grão, é feita em laboratório mediante análise granulométrica, com peneiras. Para porções muito finas, pela impossibilidade prática de obter peneiras com aberturas muito pequenas, usa-se o processo de sedimentação, baseado da Lei de Stokes, pela qual a velocidade de queda de
partículas esféricas em um meio viscoso é proporcional ao quadrado do diâmetro da partícula.
Os solos encontrados normalmente não se apresentam completamente puros, dependendo da porcentagem em massa de cada tipo de solo encontrado na mistura, dá-se a ele uma denominação especial.
A Tabela 1 mostra como ocorre a distribuição dos tipos de solos e suas respectivas denominações.
TABELA 1 - Distribuição dos tipos de solos e denominações.
Areia (%) Silte (%) Argila (%) Denominação
80-100 0-20 0-10 Areia 0-20 80-100 0-20 Silte 0-50 0-50 50-100 Argila 50-80 0-50 0-20 Areia siltosa 40-80 0-40 20-30 Areia argilosa 0-40 40-70 0-20 Silte arenoso 0-30 40-80 20-30 Silte argiloso 30-70 0-40 30-50 Argila arenosa 0-30 20-70 30-50 Argila siltosa Fonte: Rebello, 2008.
3.4.2. Índices do solo que interessam à sua classificação
Esses índices apresentam importante papel na mecânica dos solos, na definição de certas propriedades para determinação da capacidade de suporte, da permeabilidade e da estabilidade, entre outras.
Massa específica dos sólidos: Relação entre a massa das partículas e o volume por elas ocupado na porção do solo. Esse valor varia entre 2.600 e 2.700 kgf/m³.
Valores menores podem indicar a presença de matéria orgânica, o que exige cuidados. Massa específica do solo: Relação entre a massa total e o volume total do solo.
Umidade: Relação entre a massa da água e a massa dos sólidos.
Índice de vazios: Relação entre o volume dos vazios e o volume dos sólidos. Porosidade: Relação entre o volume de vazios (volume de poros, capilares e fraturas) e o volume total do solo.
Grau de saturação: Relação entre o volume de água e o volume total de vazios. Quando o grau de saturação é 100 % o solo é dito saturado.
Massa específica seca: Relação entre o peso das partículas sólidas e o volume total do solo.
Massa específica saturada: Peso específico do solo quando todos os vazios estiverem ocupados com água.
Massa específica submersa: Peso específico saturado menos peso específico da água.
3.4.3. Argila - caso particular
Para classificar uma argila, em razão da sua constituição complexa, são utilizados como referência os seus teores de umidade. A argila pode ir desde o estado líquido, ou seja, muito úmida, ao estado plástico, semi-sólido e sólido, conforme diminua o seu grau de umidade. A esses estados da argila dá-se o nome de consistência. Esses estados são definidos pelos seguintes índices:
Limite de liquidez: Limite entre estado plástico e líquido. Do ponto de vista
físico, o limite de liquidez é o teor de umidade que faz com que o solo – colocado em
uma concha e sobre o qual se faz uma ranhura – necessite de cinco golpes para fechar.
Limite de plasticidade: Limite entre o estado semi-sólido ou quebradiço e o limite plástico. Pode-se fisicamente identificar esse limite como o menor teor de umidade que possibilita executar um cilindro com 3 mm de diâmetro. A plasticidade pode ser definida como a capacidade de deformar sem romper ao cisalhamento (tensão
gerada por forças aplicadas em sentidos opostos, porém em direções semelhantes).
Limite de contração: Limite entre o estado semi-sólido ou quebradiço com volume variável e o estado sólido ou quebradiço com volume constante. O limite de contração indica, fisicamente, o volume de água necessário para preencher os vazios do solo quando seco ao ar.
Índice de plasticidade: Diferença entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade. Esse índice indica o intervalo em que o solo encontra-se plástico.
Índice de consistência: Relação entre a diferença entre o grau de umidade do solo e o seu limite de liquidez e o seu índice de plasticidade. Pode também ser definida
como o grau de resistência de um solo de granulometria fina à fluência (variação da deformação com o tempo para uma tensão constante aplicada) ou à deformação.
3.4.4. Areia – caso particular
Nas areias, não existem ligações atômicas como nas argilas, por isso esse tipo de solo não é denominado coesivo, mas granular.
Para areias é importante conhecer o grau de compacidade. É óbvio que fundações em areias fofas podem apresentar grandes deformações e prejudicar o comportamento da estrutura. O índice mais usado para as areias é o da compacidade relativa.
Compacidade relativa é a relação entre duas diferenças: no numerador, a diferença entre o índice de vazios máximo do solo o mais fofo possível e o índice de vazios no estado real; no denominador, a diferença entre o estado de índice de vazios máximo e o menor índice de vazios do solo muito compacto.
3.4.5. Água no solo
3.4.5.1. Tipo de aqüíferos
A existência de água no solo pode causar, além de problemas construtivos, problemas de projeto, principalmente se são previstos subsolos na edificação.
Os depósitos de água no solo podem ocorrer de várias maneiras, sendo classificados basicamente como lençóis livres ou artesianos. A classificação depende da profundidade em que o lençol se encontra e do seu contato com camadas impermeáveis ou semipermeáveis. Essas condições permitem que os lençóis se apresentem sem pressão (livre) ou sob pressão (artesiano).
Um caso especial de aqüífero livre – e que pode causar grandes surpresas se
não for detectado pelas sondagens – é o aqüífero suspenso. Neste, o lençol fica retido
dentro de uma camada impermeável de solo, como em uma bacia. Como este aqüífero fica acima do lençol freático normal, a sua existência passa despercebida pela sondagem, o que poderá provocar transtornos durante a execução da obra.
3.4.5.2. Percolação de água
Sempre que houver uma diferença de pressão entre dois pontos no interior do solo haverá movimentação da água, que tende a ir do local de maior pressão para o de menor.
O conhecimento de como a água percola no solo é muito importante para o estudo dos recalques das fundações. Este fenômeno ocorre por conta da expulsão da água dos interstícios do solo, provocando vazios que se fecham, com a conseqüente diminuição de volume do solo. Este fato também é importante no estudo da estabilidade de taludes e na pressão que o solo aplica sobre os arrimos.
A velocidade de percolação da água no solo é inferior a 1 cm/s. 3.4.5.3. Transmissão de forças ao solo
A transmissão de forças ao solo pode se dar pelo contato entre partículas e também pela água que envolve as partículas. Na transmissão feita através das partículas, podem resultar forças inclinadas com componentes verticais e horizontais.
Para dimensionamento das fundações, como ocorre para qualquer outro material, interessam as tensões a que o solo está submetido, ou seja, as forças divididas por uma área de solo. As forças verticais originam tensões normais de compressão e as
forças horizontais, tensões de cisalhamento (Figura 11).
FIGURA 11 - Tensões normais de compressão e tensões de cisalhamento.
Quando o solo está submerso, a água exerce pressão sobre as suas partículas, comprimindo-o. Como a pressão da água, em um determinado ponto, tem a mesma intensidade em todas as direções, a pressão sobre uma determinada partícula não aumenta a tensão no solo, já que a pressão da água na parte superior da partícula é praticamente igual à da parte inferior.
Como não altera o valor das tensões no solo, a pressão da água é denominada pressão neutra, podendo ainda receber o nome de sobrepressão hidrostática ou
intersticial.
Denomina-se tensão efetiva à tensão normal que realmente é aplicada ao solo. O seu valor é igual à tensão aplicada ao solo por seu peso próprio e pelas sobrecargas da fundação subtraída da pressão neutra.
Conclui-se, assim, que a existência de água no solo é um princípio favorável, pois diminui a tensão aplicada ao solo. Por outro lado, sob pressão, a água pode ser expulsa para regiões de menor pressão no solo, provocando vazios, com o conseqüente recalque (deslocamento vertical descendente de uma estrutura apoiada sobre um terreno). A velocidade com a qual se dá o recalque depende da permeabilidade do solo.
Em argilas, graças à sua menor permeabilidade, o recalque, aqui chamado de adensamento, pode levar muito tempo. Isso explica recalques que aparecem em edificações depois de muitos anos.
3.4.5.4. Ruptura do solo
Considera-se que ocorreu ruptura em um solo quando as partículas que formam
a sua estrutura sofrem um deslocamento permanente – alterando as suas posições
relativas – tal que provoca uma mudança expressiva na forma original do solo. A
ruptura normalmente se dá pela perda de resistência ao atrito entre as partículas. Na verdade, as partículas de solo não rompem, mas escorregam, ou seja, a ruptura do solo sobrevém normalmente por cisalhamento.
3.4 SONDAGEM
A solução de qualquer problema de fundação requer o conhecimento das características do subsolo, portanto, é essencial a execução de um programa de
investigação. A determinação das propriedades de engenharia poderia ser feita através de ensaios de laboratório quanto de ensaios de campo.
Entre os ensaios de campo existentes, destaca-se o Standard Penetration Test –
SPT. O SPT é, de longe, o ensaio mais executado na maioria dos países do mundo, e também no Brasil.
3.5.1. Sondagem de simples reconhecimento à percussão –
SPT
De acordo com Rebello (2005), a sondagem de simples reconhecimento à percussão é um processo de sondagem padronizado internacionalmente. Na norma brasileira, é regulamentado pela NBR 6484.
A sondagem é realizada por um equipamento composto com um “tripé”, que na
verdade tem quatro pernas, do qual se deixa cair – de uma altura padrão de 75 cm – um
peso, também padrão, de 65 kgf. O peso faz penetrar no solo um tubo e aço
padronizado, que r ecebe o nome de amostrador Terzaghi. Esse amostrador tem 2” de
diâmetro externo e 1 3/8” de diâmetro interno. O amostrador é fixado a uma haste de 1”
que vai sendo emendada por rosqueamento, conforme o amostrador é aprofundado no solo. Esse amostrador é constituído de duas meias-canas, que podem ser abertas para visualização do solo retido. A Figura 12 mostra o sistema de tripé, peso e amostrador, para a sondagem a percussão.
FIGURA 12 - Sistema de tripé, peso e amostrador, em detalhe o amostrador.
Fonte: CAMPOS (2012).
Várias informações são obtidas com esse tipo de sondagem: nível da água do lençol freático, tipo de solo e sua resistência.
Após o término da sondagem, é determinada a cota do furo em relação a um nível de referência fixo. Após a instalação do tripé, inicia-se o furo no solo, inicialmente com auxílio de uma cavadeira, até atingir 1 m de profundidade. A partir daí, iniciam-se os procedimentos padronizados: o peso é lançado sobre o amostrador e conta-se a quantidade de golpes necessários para cravá-lo a uma profundidade total de 45 cm, contando-se intermediariamente o número de golpes a cada 15 cm. Interessa como resultado o número de golpes dos últimos 30 cm de cada metro perfurado: esse valor recebe o nome de SPT.
Com esse número, pode-se determinar resistência, consistência, compacidade e coesão do solo. A cada metro perfurado, são recolhidas amostras do solo retido no amostrador, permitindo a classificação visual e identificação granulométrica do solo.
Quando o material a ser atravessado já não apresenta coesão ou está abaixo do nível da água, o trado não consegue mais cavar e a abertura do furo passa a ser feita
água”. Retira-se o amostrador, substituindo-o por uma ferramenta denominada trépano
(Figura 13). O avanço na perfuração é obtido pela injeção de água, que amolece o solo, e pela rotação do trépano.
FIGURA 13 - Trépano de lavagem com corte em bisel, vista frontal (a), corte AA (b) e vista lateral (c).
Fonte: ABNT NBR 6484 (2001).
Sempre que se detectar a presença de lençol freático, deve-se esperar que o nível da água estabilize para medir e anotar sua profundidade.
O perfil de sondagem é graduado de metro em metro. Nele são colocados os números de golpes a cada 15 cm, de um total de 45 cm penetrado pelo amostrador. A cada metro de profundidade, é explicitado o tipo de solo, assim como as suas
características de cor, consistência e compacidade; a cota do nível d’água e respectiva
data.
Segundo Campos (2009), a sondagem a percussão standard hoje é o principal elemento utilizado no projeto e execução das fundações, devido ao custo relativamente baixo; facilidade de execução e possibilidade de trabalho em locais de difícil acesso; permitir a coleta de amostras do terreno, a diversas profundidades, possibilitando o
conhecimento da estratigrafia (representação das camadas e sequências de rochas) do mesmo; medir a resistência à penetração, fornecendo indicações sobre a consistência ou compacidade dos solos investigados; e possibilitar a determinação da profundidade de ocorrência do lençol freático.
3.5.2. Determinação da resistência do solo em função do SPT
São muitas as maneiras de relacionar os números do SPT, obtidos na sondagem a percussão, com a resistência do solo. Valores mais precisos da resistência do solo podem ser obtidos usando a Tabela 2, fornecida pelo IPT (Instituto de Pesquisas
Tecnológicas).
TABELA 2 - Resistência do solo em função do SPT.
Tipo de solo Número de golpes (SPT) Tensão admissível do solo(MPa)
Areia e silte 0 – 4 0 – 0,1 5 – 8 0,1 – 0,2 9 – 18 0,2 – 0,3 19 - 40 ≥ 0,4 Argila 0 -2 0 - 0,025 3 – 5 0,05 - 0,1 6 – 10 0,15 – 0,3 11 - 19 0,3 – 0,4 ≥ 19 ≥ 0,4
Fonte: IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas).
Os valores intermediários são interpolados. Na natureza é muito difícil encontrar solos puros, principalmente argila e silte. Então, adota-se, para a aplicação da tabela, o solo predominante.
3.5.3. Correlação entre o SPT e outras características dos solos
As Tabelas 3 e 4 fornecem a tensão admissível do solo, podendo usá-la em lugar daquela fornecida pelo IPT. Segundo Rebello (2008), se os resultados de uma e de outra tabela forem diferentes, recomenda-se, a favor da segurança, usar o menor valor.
O valor do atrito lateral, também fornecido nessas tabelas, é útil para a determinação da força transmitida ao solo pelas estacas, proveniente do atrito entre elas e o solo.
TABELA 3 - Argila – Correlações entre SPT e características do solo.
SPT Consistência Tensão admissível (MPa) Atrito lateral(MPa)
< 2 Muito mole < 0,025 -2 - 4 Mole 0,025 - 0,05 < 0,01 4 - 8 Média 0,05- 0,10 0,01 - 0,04 8 - 15 Rija 0,10 – 0,20 0,04 - 0,08 15 - 30 Muito rija 0,20 – 0,40 0,08 – 0,12 > 30 Dura > 0,40 > 0,12 Fonte: Rebello, 2008.
TABELA 4 - Areia – Correlações entre SPT e características do solo.
SPT Consistência admissível (MPa)Tensão Atrito lateral(kgf/cm²)
Ângulo de atrito interno < 4 Muito fofa - - < 30° 5 - 8 Fofa < 0,10 < 0,05 30° - 35° 9 - 18 Medianamentecompacta 0,10 – 0,30 0,05 – 0,12 35° - 40° 19 - 41 Compacta 0,20 – 0,50 0,12 – 0,19 40° - 45° > 41 Muito compacta > 0,50 > 0,19 > 45° Fonte: Rebello, 2008.
3.5.4. Critérios de paralisação da sondagem SPT
Segundo Campos (2009), a sondagem deve ser paralisada quando em 3 m sucessivos, se obtiver índices de penetração:
Maiores do que 45/15 (nº de golpes/centímetros avançados);
Em 4 m sucessivos, forem obtidos índices de penetração entre 45/15 e
45/30;
Em 5 m sucessivos forem obtidos índices de penetração entre 45/30 e
45/45;
Quando a penetração for nula após 5 quedas do martelo (impenetrável à
Deve-se verificar a condição de impenetrável à percussão através de um ensaio de avanço da perfuração por lavagem, com duração de 30 minutos, anotando-se os avanços do trépano a cada 10 minutos. Caso o avanço seja inferior à 5 cm por 10 minutos o solo é impenetrável.
3.5.5. Sondagens rotativas
De acordo com Rebello (2008), caso a sondagem tenha de atravessar materiais impenetráveis a percussão, tais como matacões ou rochas alteradas ou sãs, deve-se mudar o tipo de equipamento, usando o equipamento denominado coroa amostradora. A Figura 14 ilustra o equipamento utilizado na sondagem rotativa e, no detalhe, exemplos de coroa rotativa. Nessa coroa estão fixados pequenos diamantes ou pedras de vídia. Esse tipo de amostrador permite a obtenção de amostra da rocha para sua classificação. As brocas usadas neste tipo de sondagem apresentam diâmetros entre 30 e 76 mm.
Nas sondagens rotativas, deve-se aprofundar o amostrador pelo menos 4 metros, para ter a segurança de que não está atravessando um simples matacão.
Segundo Campos (2009), os dados colhidos na sondagem são resumidos na forma de um perfil individual do furo, ou seja, um desenho que traduz o perfil geológico do subsolo na posição sondada, baseado na descrição dos testemunhos. A descrição dos testemunhos é feita a cada manobra e inclui:
Classificação litológica – baseada na gênese da formação geológica, na
mineralogia, textura e fábrica dos materiais a classificar;
Estado de alteração das rochas para fins de engenharia (extremamente
alterada, muito alterada, medianamente alterada, pouco alterada, sã);
Grau de fraturamento – número de fragmentos por metro, o qual é obtido
dividindo-se o número de fragmentos por metro, o qual é obtido dividindo-se o número de fragmentos recuperados em cada manobra pelo comprimento da manobra.
O critério adotado na classificação da rocha, na sondagem rotativa, é apresentado na Tabela 5.
TABELA 5 - Classificação da rocha quanto ao grau de fraturamento. Rocha Nº de fraturas/metro Ocasionalmente fraturada 1 Pouco fraturada 1 - 5 Medianamente fraturada 6 - 10 Muito fraturada 11 - 20 Extremamente fraturada 20
Em fragmentos pedaços de diversos tamanhos caoticamente dispersos
Fonte: CAMPOS, 2009.
FIGURA 14 - Esquema de funcionamento de sonda rotativa (a) e coroas rotativas (b).
Fonte: Autor desconhecido.
3.5.6. Determinação da quantidade e da profundidade dos furos de sondagem.
Segundo Rebello (2008), para escolha da quantidade de sondagens a serem executadas em uma determinada obra, deverão ser atendidos alguns critérios estabelecidos pela Norma Brasileira.
Devem ser executados no mínimo 3 furos não colineares. Não estando
os furos sobre uma mesma reta, a sondagem pode representar três planos diferentes, o que significa maiores possibilidades de análise do solo.
Deverá ser executado um furo a cada 200 m², para áreas de projeção da
edificação até 1.200 m².
Deverá ser executado um furo adicional, a cada 400 m², para áreas de
projeção entre 1.200 e 2.400 m².
Para projeções acima de 2.400 m², deverá ser estudado cada caso,
respeitando-se os mínimos exigidos pelos critérios anteriores.
A distância mínima entre furos deverá ser de 8 m e a máxima de 25 m.
3.6 FUNDAÇÕES
3.6.1. Definição
O sistema de fundações é formado pelo elemento estrutural do edifício que fica abaixo do solo (podendo ser constituído por bloco, estaca ou tubulão, por exemplo) e o maciço de solo envolvente sob a base e ao longo do fuste.
O melhor tipo de fundação é aquela que suporta as cargas da estrutura com segurança e se adequa aos fatores topográficos, maciço de solos, aspectos técnicos e econômicos, sem afetar a integridade das construções vizinhas.
É importante a união entre os projetos estrutural e o projeto de fundações num grande e único projeto, uma vez que mudanças em um provocam reações imediatas no outro, resultando obras mais seguras e otimizadas.
3.6.2. Tipos de fundações
As fundações são convencionalmente separadas em 2 grandes grupos, de acordo com a profundidade do solo resistente, onde está implantada a sua base:
• fundações superficiais (ou "diretas") e • fundações profundas.
A distinção entre estes dois tipos é feita segundo o critério (arbitrário) de que uma fundação profunda é aquela cujo mecanismo de ruptura de base não atinge a superfície do terreno. Como os mecanismos de ruptura de base atingem, acima da mesma, até 2 vezes sua menor dimensão, a norma NBR 6122 estabeleceu que fundações profundas são aquelas cujas bases estão implantadas a mais de 2 vezes sua menor
dimensão, e a pelo menos 3 m de profundidade.
3.6.2.1. Fundações Superficiais
Define-se como fundação direta ou rasa aquela em que as cargas da edificação (superestrutura) são transmitidas ao solo logo nas primeiras camadas, desde que estas tenham resistência suficiente para suportar as cargas (REBELLO, 2008).
O que caracteriza principalmente uma fundação superficial ou direta é o fato da distribuição de carga do pilar para o solo ocorrer pela base do elemento de fundação, sendo que, a carga aproximadamente pontual que ocorre no pilar, é transformada em carga distribuída, num valor tal, que o solo seja capaz de suportá-la. Outra característica da fundação direta é a necessidade da abertura da cava de fundação para a construção do elemento de fundação no fundo da cava.
Quanto aos tipos de fundações superficiais há:
Bloco – elemento de fundação de concreto simples, dimensionado de maneira
que as tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem necessidade de armadura (Figura 15 a);
Sapata – elemento de fundação de concreto armado, de altura menor que o
bloco, utilizando armadura para resistir aos esforços de tração (Figura 15 b);
Viga de fundação – elemento de fundação que recebe pilares alinhados,
geralmente de concreto armado; pode ter seção transversa, tipo bloco (sem armadura transversal), quando são freqüentemente chamadas de baldrames, ou tipo sapata, armadas (Figura 15 c);
Sapata associada – elemento de fundação que recebe parle dos pilares da obra,
o que a difere do radier, sendo que estes pilares não são alinhados, o que a difere da viga de fundação;
Radier – elemento de fundação que recebe todos os pilares da obra (Figura 15
d);
Grelha – elemento de fundação constituído por um conjunto de vigas que se
cruzam nos pilares (Figura 15 e).
FIGURA 15 - Principais tipos de fundação superficial: (a) Bloco, (b) Sapata, (c) Viga, (d) Radier e (e) Grelha.
Fonte: QUARESMA et al. (1998) e Multisolos (2012).
3.6.2.2 Fundações Profundas
A fundação profunda, a qual possui grande comprimento em relação a sua base, apresenta pouca capacidade de suporte pela base, porém grande capacidade de carga devido ao atrito lateral do corpo do elemento de fundação com o solo. A fundação profunda, normalmente, dispensa abertura da cava de fundação, constituindo-se, por
exemplo, em um elemento cravado por meio de um bate-estaca.
Obviamente, a fundação profunda é adotada quando a fundação direta não for aconselhada.
