CRISTIAN PETRY
ESTUDO DA CAPACIDADE DE CARGA E RECALQUE DO SOLO
RESIDUAL DA CIDADE DE PANAMBI - RS
Ijuí 2018
ESTUDO DA CAPACIDADE DE CARGA E RECALQUE DO SOLO
RESIDUAL DA CIDADE DE PANAMBI - RS
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Civil apresentado como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil.
Orientador: Professor Mestre Carlos Alberto Simões Pires Wayhs
Ijuí /RS 2018
ESTUDO DA CAPACIDADE DE CARGA E RECALQUE DO SOLO
RESIDUAL DA CIDADE DE PANAMBI - RS
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para a obtenção do título de ENGENHEIRO CIVIL e aprovado em sua forma final pelo professor orientador e pelo membro da banca examinadora.
Ijuí, 20 de dezembro de 2018
Prof. Carlos Alberto Simões Pires Wayhs Mestre pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul - Orientador Prof. Lia Geovana Sala Coordenador do Curso de Engenharia Civil/UNIJUÍ BANCA EXAMINADORA
Prof. Paula Prediger Mestre pela Universida de Passo Fundo
A todos que fizeram parte destra trajetória e me apoiaram até aqui.
Aos meus familiares pelo apoio em toda trajetória de graduação, incentivando a busca pelo conhecimento, por acreditar que ele pode fazer a diferença. Por ter me proporcionado a oportunidade de estar concluindo o curso de Engenharia, que se torna a profissão em que se pretende atuar. Eternamente gratos a vocês.
Aos professores e colegas de graduação por proporcionar momentos de discussão e aprendizado. Em sua maioria momentos que jamais deixarei de lembrar, foi uma honra compartilhar de momentos com todos.
A empresa Cotripal Agropecuária Cooperativa, que gentilmente cedeu o local para a realização do ensaio. A MINERAG por disponibilizarem os ensaios de sondagens SPT utilizados neste trabalho. A empresa Dal Forno Terraplenagem por ceder o maquinário e operador no dia da realização dos ensaios.
Ao grupo PET – Programa de Educação Tutorial por ter auxiliado na pesquisa, ao LEC – Laboratório de Engenharia Civil por ceder o espaço e equipamentos necessários à realização de todos os ensaios necessários.
Ao meu orientador Prof. Me. Carlos Wayhs pela oportunidade de desenvolver esta pesquisa em conjunto, dando suporte com todos seu conhecimento em engenharia de fundações e mecânica dos solos.
Não desista nas primeiras tentativas, a persistência é amiga da conquista.
PETRY, Cristian. Estudo da capacidade de carga e recalque do solo residual da cidade de Panambi - RS. 2018. Trabalho de Conclusão de Curso. Curso de Engenharia Civil, Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ, Ijuí, 2018. Esta pesquisa visa estudar o comportamento do solo residual da cidade de Panambi, quanto a sua capacidade de carga e recalque, através da realização de ensaios em campo, como o ensaio de placas e SPT. A fim de obter conhecimento sobre as propriedades e características do solo estudado, foram realizados ensaios de caracterização granulométrica em laboratório. Através dos ensaios de prova de carga sobre placa foi possível reproduzir o comportamento de uma fundação real, permitindo analisar através de uma curva tensão x recalque, os valores das tensões para o solo estudado. Dentre os resultados apresentados nesta pesquisa, destaca-se a comparação dos valores obtidos em campo, com métodos teóricos e semi-empíricos, por metodologias apresentadas nesta pesquisa.
PETRY, Cristian. Study of the load capacity and repression of the residual soil of Panambi - RS. 2018. Course Completion Work. Civil Engineering Course, Regional University of the Northwest of the State of Rio Grande do Sul - UNIJUÍ, Ijuí, 2018.
This research aims to study the reaction of the residual soil of the city of Panambi, as well as its load and repression capacity, through field trials such as the test of slab and SPT. In order to obtain knowledge about the properties and characteristics of the studied soil, laboratory tests were carried out on granulometric characterization. Through the tests of load test on slab it was possible to reproduce the behavior of a real foundation, allowing to analyze through a tension x stress curve, the values of the tensions for the studied soil. Among the results presented in this research, it is possible to highlight the comparison of the values obtained in the field, with theoretical and semi-empirical methods, by methodologies presented in this research.
Figura 1: Tipos de solo e rocha origem ... 19
Figura 2: Perfil solo residual ... 20
Figura 3:Fundação superficial e profunda ... 20
Figura 4:Fundação superficial e profunda ... 21
Figura 5:Principais fundações profundas ... 22
Figura 6: Equipamento de sondagem a percussão (SPT) ... 23
Figura 7: Etapas na execução do SPT ... 24
Figura 8: Sistema de execução ensaio de prova de carga sobre placa ... 27
Figura 9: Sistema de reação ... 27
Figura 10: Curva pressão x recalque ... 28
Figura 11: Camada compressível não solicitada ... 28
Figura 12: Cuidados na interpretação de resultados ... 29
Figura 13: Localização ensaio de placa ... 29
Figura 14: Fases dos deslocamentos (recalques) ... 30
Figura 15: Ruptura geral ... 31
Figura 16: Ruptura local ... 31
Figura 17: Ruptura por puncionamento ... 32
Figura 18: Sapata de concreto armado embutida no solo ... 33
Figura 19: Curvas típicas tensão x recalque ... 34
Figura 20: Fatores capacidade de carga ... 35
Figura 21: Fatores de forma... 36
Figura 22: Determinação do peso específico dos solos argilosos ... 37
Figura 23: Determinação da coesão... 37
Figura 24: Estimativa de ... 39
Figura 25: Gráfico tensão x recalque ... 41
Figura 26: Gráfico tensão x recalque para ruptura geral e local ... 41
Figura 27: Fluxograma ... 46
Figura 28: Mapa do Rio Grande do Sul com localização Panambi ... 47
Figura 29: Imagem aérea localidade estudada ... 48
Figura 30: Layout localização ensaios ... 49
Figura 31: Equipamentos utilizados no ensaio ... 50
Figura 35: Escavadeira utilizada como sistema de reação. ... 52
Figura 36: Limpeza e Nivelamento da superfície. ... 52
Figura 37: Nivelamento placa 30cm. ... 53
Figura 38: Instalação da régua de referência ... 53
Figura 39: Relógio Deflectômetro. ... 54
Figura 40: Curva granulométrica do solo de Panambi. ... 57
Figura 41: Gráfico do ensaio do limite de liquidez. ... 58
Figura 42: Gráfico do ensaio de compactação... 59
Figura 43: Gráfico tensão x recalque – Placa de 30 cm. ... 60
Figura 44: Curva adimensionada – Placa de 30 cm. ... 62
Figura 45: Gráfico tensão x recalque – Placa de 48 cm. ... 62
Figura 46: Curva adimensionada – Placa de 48 cm. ... 63
Figura 47: Ruptura por puncionamento – Placa de 30 cm. ... 65
Figura 48: Ruptura por puncionamento – Placa de 48 cm. ... 66
Figura 49: Gráfico SPT incial e final... 67
Figura 50: Gráfico menor SPT e médio... 68
Figura 51: Coeficiente de Poisson. ... 70
Figura 52: Gráfico métodos tensão admissível (kPa) – Placa 30cm ... 74
Tabela 1: Relação de valores ... 26
Tabela 2: Tensões básicas rocha solo ... 40
Tabela 3: Relação entre abertura de fissuras e danos em edifícios ... 43
Tabela 4: Fatores de forma ... 44
Tabela 5: Leituras obtidas a partir do ensaio de campo – placa 30 cm ... 60
Tabela 6: Leituras obtidas a partir do ensaio de campo – placa 48 cm ... 60
Tabela 7: Valores tensão admissível do solo (kPa) – placa de 30 cm ... 65
Tabela 8: Valores tensão admissível do solo (kPa) – placa de 48 cm ... 65
Tabela 9: Valores ensaio SPT ... 67
Tabela 10: Valores tensão admissível do solo (kPa) - Terzaghi – placa de 30 cm ... 69
Tabela 11: Valores recalque do solo... 71
AASHTO Association of State Highway and Transportation
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas CPT Cone Penetration Test
IRP Índice de resistência à penetração LEC Laboratório Engenharia Civil NBR Norma brasileira
PET Programa de Educação Tutorial
SPT Standard Penetration Test
SUCS Sistema Unificado de Classificação do Solo TCC Trabalho de Conclusão de Curso
1 INTRODUÇÃO ... 13 1.1 Contexto ... 14 1.2 Problema ... 15 1.2.1 Questões de Pesquisa ... 16 1.2.2 Objetivos de Pesquisa ... 16 1.2.3 Delimitação ... 17 2 REVISÃO DA LITERATURA ... 18
2.1 Formação e classificação do solo ... 18
2.2 Fundações ... 20
2.2.1 Fundações Superficiais ... 21
2.2.2 Fundações profundas ... 22
2.3 Prospecção geotécnica ... 22
2.3.1 Standard Penetration Test (SPT) ... 23
2.3.2 Relações de valores NSPT ... 25
2.3.3 Ensaio de placa ... 26
2.4 Modos de ruptura ... 30
2.5 Tensão admissível ... 32
2.6 Capacidade de carga em sapatas ... 32
2.6.1 Métodos para determinação da capacidade de carga ... 33
2.6.1.1 Teoria de Terzaghi ... 34
2.6.1.2 Método de Ruver e Consoli ... 37
2.6.1.3 Método de Mello ... 38
2.6.1.4 Método de Teixeira ... 38
2.6.1.5 Tabela NBR 6122/1996 ... 39
2.7.1.1 Recalques Imediatos – Teoria da elasticidade ... 44
3 MÉTODO DE PESQUISA ... 45
3.1 Estratégia de pesquisa ... 45
3.2 Delineamento ... 45
3.2.1 Descrição do local estudado ... 46
3.3 Ensaio de placa ... 48
3.3.1 Equipamentos necessários ... 49
3.3.2 Sistema de reação ... 51
3.3.3 Execução dos ensaios de placa ... 52
3.4 Ensaio SPT ... 55
3.5 Ensaios de caracterização geotécnica ... 56
3.5.1 Análise Granulométrica ... 56
3.5.2 Limites de Consistência ... 56
3.5.3 Compactação e Índice de Suporte dos Solos ... 56
3.6 Metodologias de cálculo ... 56
4 RESULTADOS ... 57
4.1 Caracterização do solo ... 57
4.2 Ensaios de carregamento em placa ... 59
4.2.1 Resultados do ensaio de campo ... 59
4.2.2 Análise dos ensaios de placa quanto a capacidade de carga ... 63
4.2.3 Análise dos ensaios de placa quanto ao recalque ... 65
4.3 Ensaios de sondagem á percussão SPT ... 66
4.3.1 Teoria de Terzaghi ... 68
4.3.2 Método de Ruver e Consoli (2006) ... 69
4.4.1 Teoria da Elasticidade ... 70
5 CONCLUSÕES E SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS ... 72
5.1 Conclusões ... Erro! Marcador não definido. 5.1.1 Ensaios de caracterização geotécnica ... 72
5.1.2 Quanto aos resultados do ensaio SPT ... 73
5.1.3 Quanto aos ensaios de prova de carga sobre placas ... 73
5.1.4 Quanto a estimativa da tensão admissível ... 73
5.1.5 Recalque e tensão de ruptura pelos ensaio de carregamento em placa ... 74
5.1.6 Método de estimativa de recalque ... 75
5.2 Sugestões para trabalhos futuros ... 75
REFERÊNCIAS ... 76
______________________________________________________________________________
1 INTRODUÇÃO
A presente pesquisa está ligada a área da engenharia de fundações e integra o projeto de pesquisa intitulado “Estudo da Capacidade de Carga e Recalque de Solos Residuais do Noroeste do Rio Grande do Sul” vinculado ao grupo de pesquisa institucional da UNIJUÍ em “Novos Materiais e Tecnologias para Construção”, mais especificamente, visa estudar o solo residual da cidade de Panambi, quanto a sua capacidade de carga e recalque. Foi desenvolvido pelo aluno Cristian Petry, com orientação do Prof. Mestre Carlos Alberto Simões Pires Wayhs.
Segundo Alonso (2012) a fundação é considerada a parte mais peculiar em uma obra civil, essa estrutura é responsável por transmitir todas as cargas provenientes da edificação, sendo considerada um elemento de transição entre a estrutura e o solo.
Para Hachich et.al. (1998), para um bom projeto de fundação é necessário conhecer o solo, devendo atender a critérios de segurança a ruptura. Os recalques devem ser compatíveis com a superestrutura e o tipo de empreendimento a ser executado. Através da investigação geotécnica do solo pode-se obter as propriedades necessárias para definição de qual fundação melhor se adequa para cada solo, levando em consideração o tipo de estrutura e solicitações de carga.
Velloso e Lopes (2011) afirmam que quando se aplicam cargas em fundações, surgem deformações que causam deslocamentos, conhecidos como recalques. Esses deslocamentos devem estar dentro de limites exigidos para cada construção, levando a fundação a cumprir a sua funcionalidade. A estimativa dos recalques é de suma importância para qualquer empreendimento, afim de evitar e controlar danos estéticos e estruturais que esses deslocamentos possam ocasionar.
De acordo com Terzaghi e Peck (1962), o passo mais importante no projeto de uma fundação é a determinação da tensão máxima que pode ser aplicada no solo, sem causar a sua ruptura nem apresentar recalques excessivos.
De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010), a tensão admissível de uma fundação direta é a tensão aplicada ao solo que provoca apenas recalques que a construção pode suportar sem
_____________________________________________________________________________________________ inconvenientes, oferecendo segurança satisfatória contra a ruptura ou o escoamento do solo ou do elemento estrutural. (ABNT, 2010).
Segundo Russi (2007) uma das formas mais precisas para a determinação da capacidade do solo é através da realização do ensaio de carregamento direto sobre placas, possibilitando a análise em escala reduzida do comportamento real da futura fundação, sendo de grande valia para o dimensionamento de fundações superficiais, contribuindo para a otimização das obras de fundação.
Para Caputo (1988) em engenharia de fundações o problema de deformações dos solos é complexo, não se verificando instantaneamente com a aplicação da carga, mas sim em função do tempo, como comportamento característico de argilas.
Partindo desse pressuposto de que a fundação é uma das partes mais importantes da construção devido a transmissão das cargas ao solo, e de que a determinação da tensão admissível é um fator indispensável para o correto projeto de uma fundação, o presente estudo torna-se de grande relevância devido ao fato de ser o primeiro ensaio de placas a ser realizado na cidade de Panambi, podendo assim determinar a capacidade de carga de solo da cidade, servindo de parâmetro para futuros empreendimentos que serão executados na cidade.
O presente estudo contribui para o conhecimento de mais um solo da região, visto que a pesquisa vem sendo realizada pelo grupo de pesquisa da universidade objetivando conhecer comportamentos de carga e recalque dos solos do noroeste do estado. A partir deste trabalho poderão ser realizados novos estudos que possam ampliar e melhorar o conhecimento deste solo e de solos similares.
1.1 Contexto
É recomendável que ao executar uma obra de fundação se investigue o tipo de solo e as camadas que compõem estratigrafia do solo que a fundação será apoiada. Para isso podem ser realizados ensaios em laboratório, porém o mais adequado e usual é a realização de ensaios “in situ”, ou seja, no próprio local. Uma das formas mais eficazes para analisar o comportamento do solo é através do ensaio de placa, que já foi muito utilizado nas décadas de quarenta e cinquenta, porém acabou entrando em desuso (HACHICH et al., 1998).
______________________________________________________________________________ Conforme Cintra, Aoki e Albiero (2013), além da forma teórica para determinação da capacidade de carga, também existe o método experimental, por meio de provas de cargas em placa, realizada na etapa de projeto da fundação.
Uma das maneiras mais eficazes para coletar informações seguras para se tomar uma decisão, está na realização do ensaio de carregamento direto sobre placas, pois, através dele, se reproduz em escala reduzida o comportamento real da fundação a ser construída. (RUSSI, 2007).
Desta forma, este trabalho visa analisar, o comportamento de solo, através da curva tensão-recalque, do ensaio de placas, e compará-lo com: métodos teóricos comumente utilizados para a determinação da tensão admissível e recalques; métodos empíricos e semi-empíricos.
Como aspectos considerados para a escolha desta temática de trabalho de conclusão de curso (TCC), considera-se como motivação pessoal, a afinidade pelo tema, com o interesse de aprofundar os conhecimentos na área de engenharia de fundações, a possibilidade de realizar o ensaio de placas pela primeira vez na cidade de Panambi.
1.2 Problema
Segundo Russi (2007), o dimensionamento de fundações exige do profissional a definição clara e objetiva da capacidade de carga e recalque do solo em questão, em que a estrutura é apoiada, baseada nas propriedades mecânicas obtidas através de ensaios de campo e/ou laboratório.
Ainda segundo Russi (2007), a não realização do ensaio de placas em obras convencionais, se deve, na maior parte das vezes, ao alto custo para a execução do ensaio, demandando disponibilidade de tempo, atrelado á necessidade de se dispor de um sistema robusto de reação de apoio compatível com as tensões desejadas para o ensaio.
De acordo com Ruver (2005), o ensaio de placa na maioria das vezes não é utilizado pelas construtoras por motivos de cronograma e custos, mas é a forma mais real de se identificar o comportamento e resistência de um determinado solo, analisando o comportamento tensão-recalque gerado a partir do ensaio.
_____________________________________________________________________________________________ Em termos de ensaios geotécnicos “in situ”, o ensaio SPT tem sido cada vez mais utilizado em todo o mundo, podendo este ser utilizados para a estimativa de diversos parâmetros dos solos. Isso porque muitas vezes é a única informação que pode ser disponibilizada, em função da despreocupação por parte dos construtores com as fundações (RUVER, 2005).
1.2.1 Questões de Pesquisa
A partir da formulação do problema foi definida como questão geral de pesquisa.
Questão principal: Qual a capacidade de carga e recalque de solo da cidade de Panambi?
Desta questão principal, outras, secundárias surgem, como:
Questões secundárias: O valor da tensão admissível do solo, se comparado com os obtidos do ensaio SPT, do ensaio de placa e dos métodos teóricos são semelhantes?
Qual o tipo de ruptura apresentada pelo solo depois da aplicação de carga? 1.2.2 Objetivos de Pesquisa
Objetivo Geral:
Analisar o comportamento do solo residual de Panambi, quanto a sua capacidade de carga e recalques gerados pela aplicação da carga.
Objetivos específicos:
Analisar a capacidade de carga do solo residual de Panambi;
Realizar ensaio de prova de carga real, através do ensaio de placas regido pela NBR 6489/1984;
______________________________________________________________________________ 1.2.3 Delimitação
Esta pesquisa fundamenta-se na área da Engenharia de Fundações, referindo-se ao comportamento de solo da cidade de Panambi – RS, localizada na região noroeste do Rio Grande do Sul. A presente pesquisa, no entanto, pode servir como parâmetro comparativo para solos caracterizados semelhantes, onde serão avaliados os diferentes métodos de cálculos empregados para a determinação das tensões admissíveis e a comparação com as tensões e recalques resultantes dos ensaios de placa realizados.
_____________________________________________________________________________________________
2 REVISÃO DA LITERATURA
Buscou-se nesta seção apresentar uma revisão da literatura sobre os temas relevantes para o desenvolvimento do trabalho de pesquisa, referenciando-se nos principais autores e dissertações nas áreas de mecânica dos solos, geotécnica e fundações.
Nos próximos tópicos serão descritos os temas pertinentes ao tema da pesquisa, abordando primeiramente formação e classificação do solo, fundações superficiais e profundas, principais tipos de investigação geotécnica (SPT e Ensaio de Placa), modos de ruptura do solo, conceitos de tensão admissível, capacidade de carga e de recalque, e métodos para estimativa da capacidade de carga e recalque.
2.1 Formação e classificação do solo
Para Pinto (1998), os solos constituem-se por um conjunto de partículas formado por partículas com água (ou outro líquido) e ar nos espaços intermediários, livres para deslocar-se entre si, podendo em alguns casos ocorrer um processo de cimentação, porém em um grau muito reduzido.
Segundo Caputo (1988) a origem dos solos é resultante de agente do intemperismo ou meteorização das rochas, através da desintegração mecânica ou decomposição química. Tais processos ocorrem simultaneamente, em determinados locais e condições climáticas.
Ainda Caputo (1988) a desintegração mecânica se dá pela ação da água, temperatura, vento e vegetação, formam-se pedregulhos e areias. A decomposição química é um processo em que há modificação química ou mineralógica das rochas de origem. O principal agente é a água tendo-se mecanismos de ataque como a oxidação, carbonatação e efeitos químicos da vegetação, com as argilas representando bem este processo.
Do ponto de vista geotécnico, conforme Caputo (1988) os solos podem ser divididos em três grandes grupos, solos residuais, sedimentares e de formação orgânica. O primeiro grupo corresponde aos solos residuais ou autóctones, são os que permanecem no local de origem da rocha, sendo possível observar uma gradual transição do solo até a rocha. O autor cita dentro deste grupo alguns solos em destaques como os solos lateríticos, expansivos e os porosos. O
______________________________________________________________________________ segundo grupo refere-se aos solos sedimentares ou alotóctones, são os que sofrem ação de meios físicos que promovem o seu transporte, como os aluvionares (transportados pela água), e os eólicos (transportados pelo vento). Os solos de formação orgânica, originam-se seja da natureza vegetal (plantas, raízes) ou animal (conchas).
Conforme Chiossi (1983), os solos residuais são facilmente encontrados no Brasil, principalmente na região centro-sul. Esses solos podem ser originários de qualquer tipo de rocha e sua composição vai depender do tipo da composição mineralógica da rocha que lhe deu origem. A Figura 1 apresenta alguns tipos de solos e as rochas que lhe deram origem.
Figura 1: Tipos de solo e rocha origem
Fonte: CHIOSSI (1938 p. 86)
Ainda conforme Chiossi (1983), não existe uma demarcação bem definida entre o solo e a rocha que a originou. A passagem entre as camadas é gradativa e permite a separação por no mínimo duas faixas distintas: aquela logo abaixo do solo propriamente dito e outra acima da rocha. A Figura 2 demonstra um perfil típico de um solo residual.
_____________________________________________________________________________________________ Figura 2: Perfil solo residual
Fonte: CHIOSSI (1938 p. 86)
2.2 Fundações
De acordo com Velloso e Lopes (2011) um dos primeiros cuidados de um projetista de fundações deve ser a denominação correta, onde os empregos de fundações convencionais são separadas em dois grandes grupos: fundações superficiais (ou “diretas ou rasas) e fundações profundas conforme apresenta-se na Figura 3. O autor complementa que fundação profunda é aquela cujo mecanismo de ruptura de base não surge na superfície do terreno.
Figura 3:Fundação superficial e profunda
______________________________________________________________________________ 2.2.1 Fundações Superficiais
De acordo com a NBR 6122/2010 – “Projeto e execução de fundações”, fundação superficial (rasa ou direta) é um elemento em que a carga é transferida ao terreno pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, e a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente à fundação é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. (ABNT, 2010).
Os principais tipos de fundações superficiais mostrados na Figura 4, segundo Velloso e Lopes (2011) são:
• 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;
• Sapata: Fundação de concreto armado, de altura menor que o bloco, utilizando armadura para resistir os esforços de tração;
• Viga de fundação: Elemento de fundação que recebe pilares alinhados, pode ter seção transversal tipo bloco (sem armadura transversal), quando são chamados de baldrames, ou tipo sapata, armadas;
• Grelha: Elemento de fundação constituído por uma associação de vigas que se cruzam nos pilares;
• Radier: Fundação que possui uma superfície de contato com o solo maior, elemento de fundação que recebe todos os pilares da obra.de tal forma que com essas informações o leitor possa efetuar a sua identificação, busca e localização.
Figura 4:Fundação superficial e profunda
_____________________________________________________________________________________________ 2.2.2 Fundações profundas
Também de acordo com a NBR 6122/2010, fundação profunda é um elemento que transfere a carga ao solo pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por combinação dessas duas, devendo sua base estar assentada em cota superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo a 3m de profundidade. (ABNT,2010).
As fundações profundas mais usuais detalhados na Figura 5, segundo Velloso e Lopes (2011) são:
• Estaca: estrutura de fundação que é executada com auxílio de ferramentas ou equipamentos, pode ser por cravação ou percussão, prensagem, vibração.
• Tubulão: elemento de fundação profunda de forma cilíndrica, em que sua fase de execução, há a descida de operário para que seja executada a sua base.
• Caixão: fundação profunda de forma prismática, concretado na superfície e instalado por escavação interna.
Figura 5:Principais fundações profundas
Fonte: Velloso e Lopes (2011) 2.3 Prospecção geotécnica
Conforme Schnaid e Odebrecht (2012), uma investigação geotécnica insuficiente aliada a uma interpretação inadequada de resultados, contribuem para erros de projetos, atrasos no cronograma executivo e custos associados a alterações, além de riscos de colapso da estrutura.
Segundo NBR 6122/2010, para qualquer edificação deve-se realizar uma investigação geotécnica preliminar, constituída no mínimo por sondagens a percussão (com SPT), para a determinação da estratigrafia do solo e sua classificação, bem como o nível d’água e a medida do índice de resistência a penetração (NSPT). Os ensaios de penetração de cone (CPT), palheta,
______________________________________________________________________________ pressiométricos e provas de carga são considerados como ensaios complementares. A norma complementa que os ensaios complementares não substituem o ensaio de resistência a penetração a percussão (SPT), devendo este ser indispensável, independendo do porte da obra (ABNT, 2010).
2.3.1 Standard Penetration Test (SPT)
Conforme Schnaid e Odebrecht (2012) o Standard Penetration Test (SPT) é, a ferramenta de investigação geotécnica mais utilizada e econômica em praticamente todo o mundo. O autor complementa que o ensaio se constitui em uma medida de resistência dinâmica conjugada a uma sondagem de simples reconhecimento, citando as principais vantagens deste ensaio: simplicidade do equipamento, baixo custo e obtenção de um valor numérico de ensaio que pode ser relacionado por meio de amostras.
Este ensaio é regido pela NBR 6484/2001 “Execução de sondagens de simples reconhecimento dos solos”, que exemplifica detalhadamente os componentes pertinentes ao equipamento de sondagem. (ABNT, 2001). A Figura 6 representa simplificadamente os equipamentos pertinentes ao ensaio SPT.
Figura 6: Equipamento de sondagem a percussão (SPT)
_____________________________________________________________________________________________ De acordo com a norma NBR 6484 (ABNT, 2001) o ensaio consiste em penetrar um amostrador padrão (com diâmetro interno de 34,6mm e diâmetro externo de 50,8mm), no solo por meio de golpes de um martelo em queda livre, padronizado em 65kg, a uma altura de 0,75m. Ainda de acordo com NBR 6484/2001, o avanço da perfuração dos 0,55 m iniciais de cada metro de profundidade deve ser feito por meio de trépano de lavagem. Anota-se a quantidade de golpes necessários para fazer com que o amostrador penetre 15 cm do solo, esse procedimento repete-se três vezes, ou seja, 45 cm a cada metro de profundidade do furo de sondagem. O índice de resistência a penetração (NSPT) é o valor somatório de golpes dos 0,30 m últimos da penetração
do amostrador. As amostras de solos retiradas no interior do amostrador, deve-se coletar a cada metro de profundidade ensaiada (ABNT, 2001).
Na Figura 7, mostra-se o processo de perfuração, interrompido a cada metro, quando é realizado o ensaio de penetração SPT: (a) avanço da sondagem por desagregação e lavagem; (b) ensaio de penetração dinâmica (SPT) segundo NBR 6122/2010, para qualquer edificação deve-se realizar uma investigação geotécnica preliminar, constituída no mínimo por sondagens a percussão (ABNT, 2010).
Figura 7: Etapas na execução do SPT
______________________________________________________________________________ Quanto ao número de sondagens e sua devida localização em planta, segundo NBR 8036/1983 “Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios”, depende-se do tipo de estrutura, de suas características e das condições geotécnicas do subsolo. O número de sondagens deve ser suficiente para fornecer o melhor quadro de variação das camadas do subsolo do local em estudo. A norma complementa que as sondagens devem ser, no mínimo, de uma para cada 200 m² de área de projeção do edifício em planta, se essa projeção for de até 1.200 m². Entre 1.200 m² e 2.400m², deve-se fazer uma sondagem para cada 400 m² que excedem os 1.200 m². A partir de 2.400 m² o número de sondagens deve ser fixado de acordo com a edificação, satisfazendo o número mínimo de duas para área até 200 m² e três para uma área entre 200m² e 400m². Ainda segundo NBR 8036/1983, em casos de estudos de viabilidade ou escolha do local, o número de sondagens deve ser fixado relacionando a distância máxima de 100 m, contendo no mínimo de três sondagens. (ABNT, 1983).
2.3.2 Relações de valores NSPT
Em Schnaid e Odebrecht (2012) salienta-se que, no processo de cravação, a energia transferida ao equipamento, especificamente as hastes (cabeça de bater), não é a energia de queda livre teórica transmitida pelo martelo. O autor complementa que a eficiência do golpe do martelo é função das perdas por atrito entre cabo e roldana, do sistema de elevação e liberação do martelo e de sua geometria.
Ruver (2005) dissertou que metodologias de execução de ensaios SPT variam dependendo do país, fazendo-se necessário a uniformização dos valores NSPT em termos de energia de
cravação. Considerando a Equação 1, para o caso brasileiro adota-se a energia teórica de cravação de 72%, faz-se a correlação dos valores NSPT para o padrão internacional de 60% de
aproveitamento de energia teórica, tendo-se:
Onde: é o valor do ensaio SPT (número de golpes), considerando 72% a transmissão de energia de gravação; é o valor do ensaio SPT, considerando a transmissão de 60% da energia de cravação; e é a energia potencial padrão teórica para um peso de martelo e altura de queda padronizados no ensaio SPT.
_____________________________________________________________________________________________ De acordo com a NBR 6484/2001 é possível correlacionar o solo com os valores de NSPT.
A Tigura 1 correlaciona os valores de para argila e siltes argilosos. (ABNT, 2001) Tabela 1: Relação de valores NSPT
Solo Índice de resistência á penetração N Designação
Argila e siltes argilosos < 2 Muito mole 3 a 5 Mole 6 a 10 Média(o) 11 a 19 Rija(o) > 19 Dura(o)
Fonte: Adaptado de ABNT(2001) 2.3.3 Ensaio de placa
De acordo com a NBR 6122/2010, os resultados do ensaio de prova de carga sobre placa devem ser interpretados de modo a considerar a relação modelo-protótipo (efeito de escala), bem como as camadas influenciadas do solo. (ABNT, 2010)
O ensaio de placas é regido pela NBR 6489/1984 “prova de carga direta sobre terreno de fundação”, que descreve os equipamentos e procedimentos a serem realizados e utilizados para o ensaio, onde utiliza-se uma placa com área mínima de 0,5m², que será alocada no mesmo nível em que será assentada a fundação. AplicaM-se cargas verticais no centro da placa, em estágios e mede-se a deformação simultaneamente com o incremento da carga, resultando em um gráfico de pressão x recalque (ABNT, 1984).
Conforme Alonso (2012), o ensaio de prova de carga sobre placa, reproduz o comportamento da solicitação de uma fundação rasa (sapata). O ensaio costuma ser executado sob uma placa rígida de ferro fundido com 80 cm de diâmetro, a qual é carregada por meio de um macaco hidráulico que gera uma reação contra uma caixa carregada ou contra um sistema de tirantes (Figura 8).
______________________________________________________________________________ Figura 8: Sistema de execução ensaio de prova de carga sobre placa
Fonte: Alonso (2012)
Para Teixeira e Godoy (1998) a prova de carga padrão utiliza-se apenas uma placa de 80 cm de diâmetro. No entanto, no estudo da relação modelo-protótipo, quando os resultados da prova de carga terão que ser extrapolados para sapatas ou placas maiores, pode-se utilizar placas de tamanhos diferentes, como 30, 60 e 80 cm de diâmetro.
Ruver (2005) dissertou sobre os mecanismos utilizados na execução do ensaio sobre placas, salientando que para o sistema de reação é necessário que o mesmo tenha resistência suficiente para suportar as cargas aplicadas, sem apresentar grandes deslocamentos. Complementou citando alguns mecanismos de reação: estruturas de metal ancoradas ou fixadas por meio de contrapesos, ilustrado na Figura 9.
Figura 9: Sistema de reação
_____________________________________________________________________________________________ Conforme Alonso (2012), relacionando a pressão aplicada (que pode ser lida no manômetro acoplado ao macaco hidráulico) e o recalque medido no deflectômetro, é possível traçar uma curva pressão x recalque. O autor indica que a pressão é aplicada em estágios, sendo que, somente será aplicado um incremento de pressão após os recalques estarem estabilizados. A curva pressão x recalque é exemplificada na Figura 10.
Figura 10: Curva pressão x recalque
Fonte: Alonso (2012)
Segundo Alonso (2012) para evitar interpretações erradas é importante para o ensaio de placas conhecer o perfil geotécnico do solo. Se no subsolo existirem camadas compressíveis profundas em profundidade que não sejam solicitadas pelas tensões aplicadas como na Figura 11, a prova de carga não terá eficiência ao se estimar a tensão admissível da fundação, uma vez que o bulbo de pressões desta é maior que o da placa.
Figura 11: Camada compressível não solicitada
______________________________________________________________________________ Para Velloso e Lopes (2011), os objetivos mais comuns do ensaio de placas é a determinação de parâmetros de deformação e resistência, coeficiente de reação vertical e prever o recalque de uma fundação por extrapolação direta. O autor complementa que são necessários cuidados na interpretação de resultados do ensaio, visto que, o bulbo de tensões pode variar de acordo com a área de aplicação da carga, como observa-se na Figura 12.
Figura 12: Cuidados na interpretação de resultados
Fonte: Velloso e Lopes (2011)
Velloso e Lopes (2011) como detalhado na Figura 13, classifica o ensaio de placas quanto a sua localização: na superficie, em cavas ou em furos.
Figura 13: Localização ensaio de placa
_____________________________________________________________________________________________ 2.4 Modos de ruptura
Velloso e Lopes (2011) relacionam a carga aplicada sob uma fundação superficial a três fases de deslocamentos verticais (ou recalques) correspondentes (Figura 14). Para pequenos valores de carga, os recalques serão aproximadamente proporcionais, chamando-se então a primeira faze de elástica, onde os recalques são reversíveis. Na segunda fase, surgem deslocamentos plásticos, surgindo, inicialmente, junto às bordas da fundação. Conforme o carregamento vai aumentando, a zona plástica toma uma proporção maior, o que caracteriza recalques irreversíveis. Para cargas ainda maiores, ocorre um processo de recalque continuado, mesmo com uma carga constante, a velocidade de recalque cresce continuamente até que ocorre a ruptura do solo, atinge-se então o limite de resistência da fundação.
Figura 14: Fases dos deslocamentos (recalques)
Fonte: Velloso e Lopes (2011)
Segundo Vesic (1975) apud Cintra, Aoki e Albiero; (2003), o autor considera que em um elemento isolado de fundação pode ocorrer três modos de ruptura do maciço do solo:
a) ruptura geral; b) ruptura local;
______________________________________________________________________________ A ruptura geral (Figura 15), caracteriza-se pelo surgimento de uma superfície de deslizamento que vai da base do elemento de fundação até a superfície do terreno. Neste caso a carga é bem definida e a ruptura ocorre de maneira repentina, caracterizada pela formação de protuberância na superfície de ruptura, podendo ocasionar o tombamento da fundação (CINTRA; AOKI; ALBIERO, 2003).
Figura 15: Ruptura geral
Fonte: Vesic (1975), apud Cintra, Aoki e Albiero; (2003)
A ruptura local (Figura 16), é definida apenas imediatamente abaixo da base do elemento de fundação, pela formação de uma cunha e de superfícies de deslizamento que se iniciam junto ás bordas da fundação. É caracterizada como um caso intermediário entre a ruptura geral e por puncionamento).
Figura 16: Ruptura local
Fonte: Vesic (1975), apud Cintra, Aoki e Albiero; (2003)
A ruptura por puncionamento (Figura 17), não é fácil de ser observada. Com a aplicação da carga o elemento de fundação tende a afundar, o solo externo à área carregada praticamente não é alterado e não é possível observar movimento do solo na superfície. A fundação é mantida em equilibrio vertical e horizontal.
_____________________________________________________________________________________________ Figura 17: Ruptura por puncionamento
Fonte: Vesic (1975), apud Cintra, Aoki e Albiero; (2003) 2.5 Tensão admissível
Para Terzaghi e Peck (1962), a etapa mais importante em um projeto de fundações consiste na determinação da tensão admissível, ou seja, a maior tensão que pode ser aplicada no solo sem causar a sua ruptura ou recalques excessivos. Já Cintra, Aoki e Albiero (2003) citam que na filosofia da tensão admissível, a tensão atuante na base de sapatas, deve ser sempre menor ou igual a tensão admissível. O autor indica que tensão admissível é de fácil compreensão e aplicação, o que explica sua ampla utilização em geotecnia. E a NBR 6122/2010 define tensão admissível como a tensão definida em projeto, que ao ser aplicada ao terreno através da estrutura de fundação atende, com coeficientes de segurança predeterminados, aos estados limites últimos (ruptura) e de serviço (recalque, vibrações, etc.). (ABNT, 2010).
Para Teixeira e Godoy (1998) a tensão admissível sempre será fixada levando-se em conta dois critérios que norteiam o projeto de fundações, são eles: a segurança à ruptura e o recalque admissível. Segundo o autor, o critério de segurança a ruptura visa proteger a fundação de uma ruptura, sendo de fácil satisfação quando se aplica um coeficiente de segurança adequado a tensão que causa a ruptura do solo. O critério de recalque admissível implica a uma tensão que conduza a fundação a recalques que a superestrutura possa suportar, sendo este mais difícil de ser avaliado e também o critério que governa a maioria dos problemas práticos.
2.6 Capacidade de carga em sapatas
Segundo Cintra, Aoki e Albiero (2003), na Figura 18 ilustra-se um sistema de sapata retangular de concreto armado, com largura B e comprimento L, assentada ou embutida no solo a uma profundidade h em relação a superfície do terreno, aplicada uma carga P.
______________________________________________________________________________ Figura 18: Sapata de concreto armado embutida no solo
Fonte: Cintra, Aoki e Albiero (2003)
O autor indica que ao aumentar progressivamente a carga P aplicada à sapata, aumenta-se a tensão média (Equação 2) que é transmitida pela fundação ao solo, atingindo-se então a tensão de ruptura , ou seja, a capacidade de carga do sistema sapata-solo.
(2) Cintra, Aoki e Albierom (2003) ressalta que não se trata da capacidade de carga da sapata, porque a tensão de ruptura depende dos parâmetros de resistência do solo. Para sapatas com dimensões idênticas, em solos diferentes, a capacidade de carga não será a mesma. Também não se deve considerar a capacidade de carga do solo, pois depende da geometria da sapata, como exemplo, em um mesmo solo, para sapatas com dimensões diferentes, a capacidade de carga não será a mesma. Justificando-se, portanto, que a denominação apropriada para a capacidade de carga do sistema sapata-solo.
2.6.1 Métodos para determinação da capacidade de carga
Os próximos tópicos contemplam alguns métodos para a determinação da capacidade de carga ou tensão resistente de projeto a partir do estado limite último correspondendo aos métodos teóricos, métodos semi-empíricos e prova de carga sobre placa, descritos na NBR 6122/2010. De acordo com o grande número de métodos existentes para a estimativa da capacidade de carga, buscou-se abordar os mais difundidos na área da engenharia de fundações, baseando-se nas principais teorias e contribuições existentes no meio da geotecnia até os dias atuais (ABNT, 2010).
_____________________________________________________________________________________________ 2.6.1.1 Teoria de Terzaghi
Terzaghi em 1943 apresentou uma teoria de ruptura do solo a partir de duas curvas distintas relacionando tensão x recalque ilustrado pelas curvas e , de acordo com dois gêneros de ruptura do maciço do solo, representados por meio de curvas típicas (Figura 19). (CINTRA; AOKI; ALBIERO; 2003)
Figura 19: Curvas típicas tensão x recalque
Fonte: Cintra, Aoki e Albiero (2003)
A curva tensão x recalque representa, para um solo compacto ou rijo, a tensão de ruptura é perfeitamente encontrada pela abcissa da tangente vertical á curva. Este caso é caracterizado pela ruptura geral do maciço do solo. (CINTRA; AOKI; ALBIERO; 2003)
Quando o solo é caracterizado fofo ou mole, a curva tensão x recalque é representada pelo tipo e o ponto de ruptura não fica claramente definida, neste caso, predomina a ruptura local, a capacidade de carga é arbitrada por Terzaghi como sendo a abcissa
do ponto a partir do qual a curva se torna retilínea. A interpretação da curva é motivo de discussão pelo fato de que não definir um critério de ruptura adequado, não sendo evidenciada de maneira nítida (CINTRA; AOKI; ALBIERO; 2003).
Terzaghi e Peck (1962) adotam a metodologia de considerar casos particulares, considerando três efeitos na composição de sua fórmula: (a) solo sem peso e sapata à superfície
______________________________________________________________________________ ( e ); (b) solo coesivo e sem peso ( e ); (c) solo não-coesivo e sapata à superfície ( e ). Estes casos indicam um caso real de uma sapata embutida em um maciço de solo com coesão e atrito, considerando que a capacidade de carga leva três componentes que contribuem diretamente (CINTRA; AOKI; ALBIERO; 2003).
Para Cintra, Aoki e Albiero (2003), o valor aproximado da capacidade de carga do sistema sapata-solo é dado pela Equação 3, considerando a superposição dos três efeitos de caso analisados anteriormente:
(3)
Onde é o valor de coesão do solo, γ é o peso específico da água, e B é a base da fundação. Para representam fatores de capacidade de carga, referentes à coesão, á sobrecarga e ao peso do solo, respectivamente. Tais fatores de capacidade de carga são adimensionais, que tem relação direta e unicamente com ângulo de atrito do solo ∅ e podem ser obtidos através da Figura 20.
Figura 20: Fatores capacidade de carga
_____________________________________________________________________________________________ Vesic (1975) apud Cintra, Aoki e Albiero (2003) sugere aplicar-se os fatores de forma de De Beer (1967, apud Vesic, 1975) que podem ser obtidos pelas equações contidas na figura 21, que relacionam a geometria da sapata e também o angulo de atrito interno do solo ∅.
Figura 21: Fatores de forma
Fonte: De Beer (1967) apud Cintra, Aoki e Albiero (2003)
Conforme Cintra, Aoki e Albiero (2003), posteriormente leva-se esses fatores para uma equação geral da capacidade de carga na ruptura geral, que considera a forma da sapata representada pela Equação 4:
(4)
De acordo com Terzaghi (1943) apud Cintra, Aoki e Albiero (2003), a ruptura de solos fofos ou moles ocorre de maneira local, em tais solos propõe-se a utilização de valores reduzidos de resistência do solo (C e ∅), conforme Equação 5 e 6.
(5)
∅
∅
(6)
Onde C é o valor de coesão do solo, ∅ é o ângulo de atrito interno, e C' e ∅' são fatores de minoração para o caso descrito acima.
A Figura 22, correlaciona o valor de NSPT para a determinação do peso específico de solos
argilosos. Já a Figura 23, determina a coesão do solo conforme o índice SPT, sendo ambas as tabelas utilizadas no método teórico de Terzaghi com a Equação 4.
______________________________________________________________________________ Figura 22: Determinação do peso específico dos solos argilosos
Fonte: Godoy (1972) apud Cintra, Aoki e Albiero (2003) Figura 23: Determinação da coesão
Fonte: Alonso (2012)
O ângulo de atrito interno ∅ pode ser determinado segundo a estimativa de Teixeira (1996), conforme a Equação 7. Pela Equação 8, de acordo com Godoy (1983) apud Cintra, Aoki e Albiero (2003), define-se o ângulo e o atrito interno com base no índice de resistência à penetração (N) do SPT, sendo utilizado o angulo de menor valor entre as equações abaixo:
∅ √
(7)
∅
(8)
2.6.1.2 Método de Ruver e Consoli
Ruver e Consoli (2005) realizaram um trabalho que objetivou desenvolver um método semi-empirico para a determinação da tensão admissível do sistema solo-fundação para solos residuais a partir de resultado de ensaios SPT. A metodologia utilizada pelos autores foi de acordo com procedimentos estatísticos, comparando diversos trabalhos realizados em ensaios de carga em placas e seus respectivos valores do ensaio SPT. Os autores desenvolveram um estudo aprofundado, buscando relacionar a tensão admissível com um único valor de , para isto
_____________________________________________________________________________________________ baseou-se na média aritmética de valores encontrados em um nível correspondente a 2B abaixo da base da maior fundação/placa. Assim, Ruver e Consoli (2005) desenvolveram uma equação, compreendendo um limite superior de tensão admissível (Equação 9) e um limite inferior (Equação 10) de tensão admissível (provável tensão mínima).
√ (9)
√ (10) Onde representa a tensão admissível em (kN/m²); é o valor do ensaio SPT, considerando transmissão de carga de 60% da energia de cravação.
Ruver e Consoli (2006) ressalta que o estudo foi desenvolvido para solos residuais que apresentam um perfil homogêneo, de pelo menos duas vezes o lado ou diâmetro da fundação. Também descreve que o método foi elaborado para fundações entre 0,3 m e 1,6m, não sendo aconselhável que se extrapole as equações para fundações que não se enquadre neste intervalo. 2.6.1.3 Método de Mello
Para a determinação da tensão admissível, Mello (1975, apud Ruver, 2005) apresenta de forma semi-empírica a Equação (11), que pode ser aplicada para qualquer tipo de solo, com valores de entre 4 e 16, onde é a tensão admissível em MPa..
√
4 ≤ ≤ 16 (11)
2.6.1.4 Método de Teixeira
Teixeira (1966) apresentou um estudo correlacionando provas de carga com a resistência à penetração. O estudo foi realizado sobre argilas da cidade de São Paulo. O autor utilizando o coeficiente de resistência média N encontrado do ensaio SPT, estimou a tensão admissível a partir da Equação 12, válida para qualquer solo natural, com valores de entre 5 e 20.
______________________________________________________________________________ Onde: é a tensão admissível em MPa. Em Hachich et al. (1998), indica-se como é realizado o processo de obtenção de valores médios de N, do ensaio da resistência á penetração (SPT), através da Figura 24.
Figura 24: Estimativa de
Fonte: HACHICH (1998)
2.6.1.5 Tabela NBR 6122/1996
Cintra, Aoki e Albiero (2003) demonstram que é possível estimar a tensão admissível de acordo com a NBR 6122/2010, valores básicos de tensão admissível tabela 2. Relaciona-se o tipo de solo por meio de investigação de campo e/ou laboratorial. Valores estes fixados, que serve como orientação inicial, e que seu uso deve ser restrito a cargas não superiores a 1.000 kN por pilar. Em sua versão atualizada, a norma restringe o uso destes valores, devendo esta ser adotada somente para fins de pré-dimensionamento.
_____________________________________________________________________________________________ Tabela 2: Tensões básicas rocha solo
Fonte: ABNT (2010) 2.6.1.6 Prova de carga sobre placa
Em Hachich et al. (1998), indica-se que a prova de carga sobre placa nasceu antes mesmo das conceituações da Mecânica dos Solos, aplicada de forma empiricamente na tentativa de obter informações sobre o comportamento tensão-deformação de um determinado solo de fundação. O autor indica que o resultado se dá na forma de um gráfico Tensão x Recalque, ilustrado na Figura 25.
______________________________________________________________________________ Figura 25: Gráfico tensão x recalque
Fonte: ABNT (1996)
Segundo Alonso (2012), a curva tensão x recalque obtida atraves do ensaio apresentam dois casos extremos. Os solos que apresentam ruptura geral, isto é, uma tensão ruptura bem definida ( ), são solos considerados resistentes (argilas rijas ou areias compactas). Por outro lado, quando o solo apresenta ruptura local, não há definição do valor de tensão de ruptura, sendo caracterizados em geral solos de baixa resistência (Figura 26).
Figura 26: Gráfico tensão x recalque para ruptura geral e local
_____________________________________________________________________________________________ Para Alonso (2012), a ordem de grandeza que se pode admitir para a tenão admissível, com base nos resutaldos de um ensaio de prova de caraga, é dada pelas Equações 13 e 14, onde é desprezado o tamanho da sapata.
,
para solos com predominância de ruptura geral (13)
{
,
para solos com predominância de ruptura local (14)
Onde corresponde a tensão admissível , refere-se á tensão de ruptura
,
é a tensão correspondente a um recalque de 25 mm (ruptura convencional)e
é a tensão correspondente a um recalque de 10 mm (limitação de recalque).Para Cudmani (1994) apud Russi (2007), quando a carga de ruptura não está perfeitamente caracterizada no gráfico carga x recalque, se faz necessário a utilização de critérios de definição da carga de ruptura. Segundo o autor tem-se utilizados muitos critérios, geralmente arbitrárias, para a determinação da carga de ruptura a partir de provas de carga, entre eles se encontram o critério de limitação do recalque total:
Limitação do recalque total:
• Absoluto: 25mm (Código de Nova Iorque); • Relativo: 10% do diâmetro (Inglaterra); • d/30 (Norma Brasileira);
• 5% do diâmetro (Companucci e Gómez, 1980); 2.7 Recalques
Segundo Hachich et al. (1998), (1998), o critério de recalques admissíveis implica a adoção de uma tensão que conduza a fundação a deslocamentos que a superestrutura possa suportar. É o critério que governa a maioria dos problemas práticos e também considerado o mais difícil de ser avaliado, em detrimento da dificuldade na estimativa dos recalques em que a fundação estará sujeita.
______________________________________________________________________________ De acordo com Velloso e Lopes (2011), toda fundação sofre deslocamentos verticais (recalques), horizontais e verticais provenientes das solicitações. Esses deslocamentos dependem do solo e da estrutura. Quando os valores desses deslocamentos ultrapassam certos limites, a estrutura pode chegar ao colapso, pelo surgimento de esforços para os quais ela não está dimensionada. Pode-se dizer então que os deslocamentos têm influência sobre a estrutura que vai desde o surgimento não previsto até ao colapso.
Velloso e Lopes (2011) salientam que é importante distinguir os danos causados a elementos estruturais e danos causados a alvenarias e acabamentos. Os movimentos das fundações afetam a aparência visual das edificações, mas é essencial reconhecer que os prejuízos estéticos são menos importantes, dependendo o tipo da obra. O autor faz referência com a amplitude da fissura e o tipo de obra, relacionando com o efeito na estrutura do edifício (Tabela 3).
Tabela 3: Relação entre abertura de fissuras e danos em edifícios
Fonte: Alonso (2010) 2.7.1 Modelos para previsão de recalques
Velloso e Lopes (2011) salientam que a previsão de recalques é um dos exercícios mais difíceis da Geotecnia e que os resultados obtidos dos cálculos, por mais aproximados que sejam, devem ser encarados como uma estimativa. O autor indica que a previsão de recalques pode ser separada em três grandes métodos: racionais, semi-empíricos e empíricos. Os métodos racionais
_____________________________________________________________________________________________ o parâmetro de deformabilidade, obtidos em laboratório ou “in situ” (ensaio pressiométrico e de placa), são combinados com modelos de previsão de recalques teoricamente exatos. Nos métodos semi-empíricos, os parâmetros de deformabilidade são obtidos por correlação com ensaios “in situ” de penetração (estática, CPT, ou dinâmica, SPT) com modelos para previsão de recalques teoricamente exatos. Por fim, os métodos empíricos usam tabelas de valores típicos de tensões admissíveis para diferentes solos.
2.7.1.1 Recalques Imediatos – Teoria da elasticidade
Cintra, Aoki e Albiero (2003) descrevem a teoria da elasticidade exemplificando uma sapata de largura ou diâmetro B apoiada em uma camada argilosa, homogênea, estimando o recalque imediato pela Equação 15.
[ ] (15)
Em que:
= tensão média na superfície de contato entre a estrutura e o solo é a menor dimensão da fundação
= coeficiente de Poisson do solo; = É o modolo de elasticidade do solo;
= fator de influência, que depende da forma e rigidez da sapata (Tabela 3) Tabela 4: Fatores de forma
Fundação Flexível Rígida Forma Centro Canto Médio Circular 1,00 0,64 0,85 Quadrada 1,12 0,56 0,95 0,75 L/B= 1,5 1,36 0,67 1,15 0,99 L/B= 2,0 1,52 0,76 1,3 L/B= 3,0 1,78 0,88 1,52 L/B= 5,0 2,1 1,05 1,83 L/B= 10 2,53 1,26 2,25 L/B= 100 4 2 3,7
______________________________________________________________________________
3 MÉTODO DE PESQUISA
Nesta seção, apresenta-se a metodologia da pesquisa onde se descreve o delineamento e sua respectiva estratégia utilizada para atingir resultados satisfatórios, para os ensaios de campo, os ensaios de laboratório, e finalmente os métodos utilizados para determinação das tensões admissíveis e recalque do solo investigado.
3.1 Estratégia de pesquisa
Esta pesquisa pode ser caracterizada como aplicativa, pois tem como objetivo estabelecer conhecimentos de emprego prático para a solução de um problema específico.
Quanto a forma de abordagem do problema, pode ser classificada como quantitativa e do ponto de vista dos seus objetivos pode ser classificada como explicativa. Já do ponto de vista dos procedimentos técnicos, pode-se classificar como um estudo de caso, por se tratar de um estudo do solo caracterizado típico da cidade de Panambi, classificando-se então como uma pesquisa bibliográfica e experimental.
A estratégia de pesquisa adotada neste projeto de trabalho de conclusão de curso abrange a realização de ensaios em campo (in situ), ensaios realizados em laboratório, e também a utilização de metodologias de cálculo. Faz-se necessário para a obtenção dos resultados a realização do ensaio de prova de carga real sob placas, ensaios de resistência à penetração SPT (standard penetration test), ensaios de caracterização geotécnica, e metodologias de cálculos de tensão admissível e recalque.
3.2 Delineamento
O delineamento da presente pesquisa foi fracionado em três etapas principais.
A primeira trata-se da fundamentação bibliográfica, onde verificam-se os procedimentos de acordo com as normativas e publicações sobre o tema proposto, bem como as técnicas para a execução dos ensaios sobre placa, ensaio de sondagem SPT e ensaios de caracterização geotécnica, além de métodos para determinação ou estimativa das tensões admissível, de ruptura e recalque para fundações superficiais. Na sequência analisou-se o local para a realização dos
_____________________________________________________________________________________________ ensaios em campo “in situ”, para então realizar a execução dos ensaios SPT e sobre placa, e posteriormente determinar-se os valores de tensão admissível e de ruptura a partir dos métodos. Finaliza-se pela análise dos valores encontrados por diversos métodos descritos na bibliografia. Na Figura 27, apresenta-se o fluxograma desta pesquisa.
Figura 27: Fluxograma
Fonte: Autoria própria 3.2.1 Descrição do local estudado
A determinação da região de estudo em Panambi, ocorreu pelo fato do autor da presente pesquisa ser residente no município, reforçado pelo fato de ser o primeiro ensaio de placas executado na cidade. O presente estudo está inserido na pesquisa institucional da UNIJUÍ, que objetiva conhecer o comportamento dos solos da região noroeste do Rio Grande do Sul.
______________________________________________________________________________ Determinado a região a ser realizado, buscou-se o local para execução dos ensaios, sendo escolhida a área em que se encontra a fábrica de rações da empresa Cotripal Agropecuária Cooperativa, devido a existência de realização de ensaio SPT recente e também a disponibilidade de equipamentos necessários para a execução do ensaio sobre placas.
O município de Panambi localiza-se na região noroeste do Rio Grande do Sul, no entroncamento das rodovias BR-285 e BR-158 e pertence à região turística Rota do Yucumã. Tornou-se conhecida como “Cidade das Máquinas” devido ao potencial de seu grande e diversificado parque industrial. Conforme IBGE (2016), possui uma população de 41.473 habitantes e uma área territorial de aproximadamente 490 km². A Figura 25 demonstra o mapa que localiza a cidade no Rio Grande do Sul.
Figura 28: Mapa do Rio Grande do Sul com localização Panambi
Fonte: Wikipédia (2018)
O município possui uma topografia acidentada, de difícil planejamento urbanístico. Na área campestre predominam as coxilhas com suave ondulação e reduzida presença de rochas. Na região colonial, outrora área de mata nativa, se sobressaem rincões elevados com frequentes ocorrências de rochas. Ao longo dos rios há escarpas rochosas escavadas durante milênios pela ação das águas. (PANAMBI, 2018) inserir citação nas referências
Conforme já citado, a área de estudo para a realização dos ensaios de placa e de sondagem SPT foram realizados juntamente a sede da fábrica de rações da empresa Cotripal
_____________________________________________________________________________________________ Agropecuária Cooperativa, situada às margens da Avenida Presidente Kenedy, na cidade de Panambi, e pode ser observada na Figura 29. O ensaio realizou-se na região destacada na imagem pelo contorno vermelho.
Figura 29: Imagem aérea localidade estudada
Fonte: Adaptado de Google Maps (2018) 3.3 Ensaio de placa
Foram realizados no dia 28 de outubro de 2017 dois ensaios de prova de carga direta sobre o terreno através do uso de duas placas, respectivamente 30 e 48 cm de diâmetro.
Os ensaios foram realizados na cota superficial do terreno, já que haviam sido realizadas a limpeza da vegetação e terraplanagem da área. Definiu-se esta cota, pois desta forma o solo se apresentava adequado para receber uma fundação superficial hipotética. O tempo estava bom, sem ocorrência de precipitação pluviométrica. A Figura 30 demonstra o local da execução dos ensaios.
______________________________________________________________________________ Figura 30: Layout localização ensaios
Fonte: Autoria própria
Para o local de estudo foram executados os ensaios SPT, descrito na revisão bibliográfica no item 2.3.3, os ensaios foram executados conforme as recomendações da NBR 6489/1984 intitulada “Prova de carga direta sobre terreno de fundação”, que “fixa as condições gerais a satisfazer nas provas de carga sobre terreno, para fins de fundação por sapatas rasas, assim como as informações que devem constar do registro da mesma”. (ABNT, 1984)
3.3.1 Equipamentos necessários
Foi utilizado um conjunto de placas circulares de aço, uma de 30 cm de diâmetro e outra de 48 cm (Figura 31). A aplicação de carga é realizada por um macaco hidráulico (Figura 32) com capacidade para 25 t (da marca Enerpac), cujo acionamento é feito por uma bomba hidráulica acoplada ao macaco com capacidade máxima de 700 bar. Também foram utilizados três relógios deflectômetros, que medem as deformações ocorridas nas placas com a aplicação de carga, com leituras de 0,01 mm e cursor máximo de 30 mm, apoiados nas placas e fixados em uma régua retangular de referência.
_____________________________________________________________________________________________ Figura 31: Equipamentos utilizados no ensaio
Fonte: Autoria própria Figura 32: Macaco Hidráulico
Fonte: Autoria própria
Utiliza-se a régua de alumínio, com 3 m de comprimento, fixada através de haste em cada extremidade. Seu objetivo é isolar o sistema de leituras de qualquer deformação originada no solo, pelo sistema de reação ou da deformação ocorrida no solo de abrangência à placa, conforme orientado na NBR 6489 (ABNT, 1984). Na Figura 33, apresenta-se imagem do conjunto de equipamentos instalados com a placa de 30 cm de diâmetro sobre uma escavadeira hidráulica como sistema de reação e na figura 34 o sistema montado com placa de 48cm.
______________________________________________________________________________ Figura 33: Conjunto montado com placa de 30cm
Fonte: Autoria própria
Figura 34: Conjunto montado com placa de 48cm
Fonte: Autoria própria 3.3.2 Sistema de reação
Para o sistema de reação da carga aplicada necessário para execução do ensaio, adotou-se uma escavadeira hidráulica de marca Case modelo Cx220B, que possui massa de 22,174 t, cuja máquina é utilizada em obras de terraplanagem e mineração, dando suporte a execução do ensaio, e que é apresentada na Figura 35.
_____________________________________________________________________________________________ Figura 35: Escavadeira utilizada como sistema de reação.
Fonte: Autoria própria 3.3.3 Execução dos ensaios de placa
No local onde o ensaio foi realizado, ocorreu a execução de terraplenagem da área, sendo que na área específica da aplicação de cargas, executou-se um aterro, originando-se a base para a pavimentação local do acesso à fábrica de rações da empresa, portanto o solo do local estava devidamente compactado.
Foi realizada uma raspagem em torno do local, com ajuda da própria escavadeira, para a instalação e preparação do ensaio de prova de carga sobre placa, com objetivo de limpeza da superfície e nivelamento, conforme condiz com a NBR 6489 (ABNT, 1984). A Figura 36 ilustra este processo.
Figura 36: Limpeza e Nivelamento da superfície.
