UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA BEATRIZ FIGUEIREDO HOEPERS MARCELINO
ANÁLISE DE SOBRECONSUMO DE CONCRETO EM ESTACA DE HÉLICE CONTÍNUA MONITORADA.
Palhoça 2019
BEATRIZ FIGUEIREDO HOEPERS MARCELINO
ANÁLISE DE SOBRECONSUMO DE CONCRETO EM ESTACA DE HÉLICE CONTÍNUA MONITORADA.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil.
Orientadora: Prof. Fernanda Soares de Souza Oliveira, Msc.
Palhoça 2019
Dedico este trabalho aos meus pais, Juliana e Vilmar, e à minha irmã, Lívia, por todo amor, paciência e confiança. Dedico também às pessoas que estiveram comigo nos momentos mais difíceis, me apoiando e dando forças para chegar até aqui.
AGRADECIMENTOS
A Deus pela oportunidade da vida, pela saúde, aprendizados e conquistas, que me fez ser quem sou e chegar aonde cheguei.
A Professora Msc. Fernanda Soares de Souza Oliveira, e ao Professor Msc. Cesar Schmidt Godoi pelo carinho e atenção durante a orientação deste trabalho.
Ao coordenador Oscar pelo suporte em momentos difíceis, e a todos os professores e colaboradores da UNISUL que contribuíram para meu conhecimento e formação.
Ao Professor Ricardo Moacyr Mafra e ao Engenheiro Euclides Machado Neto que foram acolhedores ao convite de participação da banca.
Ao Eng. Rafael Feldmann e a MRV Engenharia e Participações S/A, que me deram a primeira oportunidade de trabalhar e crescer na área da Engenharia Civil.
Aos meus pais, Juliana e Vilmar, e a minha irmã Lívia, por todo suporte, paciência, amor, confiança e carinho, e por nunca medirem esforços para realização dos meus sonhos.
RESUMO
A presente pesquisa aborda a execução de fundação profunda, mais precisamente estacas do tipo hélice contínua monitorada, executadas em uma obra na cidade de Palhoça/SC. O objetivo principal é a apresentação e interpretação de dados da fundação de uma obra que contém 30 torres de apartamentos e um total de 1013 estacas. Para atingir o objetivo, foi acompanhada toda a execução da fundação e coletadas informações como: relatórios de sondagens, projetos de fundação e pontos de cargas, registros de profundidades das estacas, assim como o torque do equipamento, velocidade do trado, pressão e o sobreconsumo do concreto. Inicialmente foi analisado o projeto de terraplanagem da obra e seus perfis longitudinais através dos ensaios de SPT. A seguir, foram analisados os dados de monitoramento de cada ponto da fundação, extraídos do software SoftSaci, o qual gera gráficos com informações como rotação, velocidade de descida e subida do trado, pressão do concreto e o perfil estimado. Paralelo à estas informações, foram geradas planilhas com a coleta de dados para controle de obra e análise mais clara dos mesmos, contendo: data da perfuração da estaca, diâmetro, profundidade, número de nota fiscal do concreto utilizado para controle de qualidade, slump, torque final, cálculo de volume teórico com comparativo do volume real de concreto utilizado - de acordo com a profundidade executada, e não de projeto - percentual de overbreak, diâmetro e comprimento da armação além, é claro, do número de identificação de cada uma conforme projeto de locação de cargas. Paralelo à planilha de controle com todos estes dados, foi feita a análise dos ensaios SPT, e a fundação foi dividida em dois grandes grupos, chamados de Grupo A e Grupo B, para comparativo de sobreconsumo de concreto entre eles.
ABSTRACT
This research deals with the execution of deep foundation, more precisely monitored continuous helix piles, executed in a work in the city of Palhoça / SC. The main objective is the presentation and interpretation of data from the foundation of a work that contains 30 apartment towers and a total of 1013 stakes. In order to achieve the objective, all the foundation execution was monitored and information was collected such as: drilling reports, foundation projects and load points, pile depth records, as well as equipment torque, auger speed, pressure and overconsumption. of concrete. Initially, the earthworks project and its longitudinal profiles were analyzed through the SPT tests. Next, we analyzed the monitoring data from each foundation point, extracted from the SoftSaci software, which generates graphs with information such as rotation, auger descent and rise speed, concrete pressure and the estimated profile. Parallel to this information, spreadsheets were generated with data collection for work control and clearer analysis of them, containing: date of pile drilling, diameter, depth, invoice number of concrete used for quality control, slump, final torque, calculation of theoretical volume with comparison of the actual volume of concrete used - according to the depth performed, not projected - percentage of overbreak, diameter and length of the frame plus, of course, the identification number of each according cargo leasing project. Parallel to the control spreadsheet with all these data, the SPT tests were analyzed, and the foundation was divided into two large groups, called group A and group B, to compare concrete overconsumption between them.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 – Representação da metodologia do estudo de caso ... 13
Figura 2 – Curva granulométrica ... 15
Figura 3 – Limites de Atterberg do solo ... 16
Figura 4 – Esquema de perfuração por percussão e amostragem ... 23
Figura 5 – Perfil típico de uma sondagem de simples reconhecimento ... 25
Figura 6 – Representação de resistência por atrito ... 26
Figura 7 – Sequenciamento de atividades para execução de estacas hélice contínua ... 29
Figura 8 – Esquema de perfuração por percussão e amostragem ... 33
Figura 9 – Computador de dados ... 34
Figura 10 – Demonstrativo de gráfico gerado pelo software ... 36
Figura 11 – Mapa de localização do empreendimento ... 37
Figura 12 – Visão geral do terreno ... 39
Figura 13 – Colocação da armadura ... 40
Figura 14 – Localização dos furos de sondagem a percussão ... 41
Figura 15 – Destaque dos furos de sondagem SA01, SA02, SA07, SA08, SA10 e SP04 ... 45
Figura 16 – Destaque dos furos de sondagem SA05, SA06, SA09, SA13, SA14, SA15, SA16, SA17, SA19, SPA, SP01, SP03 e SP05 ... 45
Figura 17 – Destaque dos furos de sondagem SA03, SA04, SA11 e SA12 ... 46
Figura 18 – Exemplo de sondagem Grupo A - Sondagem SA07 ... 47
Figura 19 – Exemplo de sondagem Grupo B - Sondagem SA18. ... 48
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Comparativo Grupos A e B referente às profundidades... 56
Gráfico 2 – Desvio padrão em relação à profundidade média dos grupos A e B ... 57
Gráfico 3 – Desvio padrão em relação à profundidade média dos grupos A e B ... 57
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Limites das frações do solo pelo tamanho dos grãos ... 14
Tabela 2 – Índices de Atterberg, de alguns solos brasileiros (continua) ... 16
Tabela 3 – Índices de Atterberg, de alguns solos brasileiros (conclusão) ... 17
Tabela 4 – Compacidade das areias em função do SPT ... 24
Tabela 5 – Consistências das argilas em função do SPT ... 24
Tabela 6 – Cargas Nominais para Estacas tipo hélice contínua ... 28
Tabela 7 – Coordenadas UTM dos pontos de deflexão que formam os vértices delimitadores do terreno em estudo... 38
Tabela 8 – Resumo SPT dos furos SPA, SP01, SP03, SP04 e SP05. ... 43
Tabela 9 – Resumo SPT dos furos SA01, SA02, SA03, SA04, SA05 ... 44
Tabela 10 – Resumo SPT dos furos SA06, SA07, SA08, SA09, SA10 ... 44
Tabela 11 – Resumo SPT dos furos SA11, SA12, SA13, SA14, SA15 ... 44
Tabela 12 – Resumo SPT dos furos SA16, SA17, SA18, SA19 ... 44
Tabela 13 – Resumo ensaios SA03, SA04, SA11 e SA12 ... 46
Tabela 14 – Resumo das sondagens do Grupo A: SA01, SA02, SA07, SA08, SA10 e SP04 . 49 Tabela 15 – Resumo das sondagens do Grupo B: SA05, SA06, SA09, SA13, SA14, SA15, SA16. ... 49
Tabela 16 – Resumo das sondagens do Grupo B: SA16, SA17, SA19, SPA, SP01, SP03 e SP05. ... 49
Tabela 17 – Grupo A: estacas de 30 cm de diâmetro ... 51
Tabela 18 – Grupo A: estacas de 40 cm de diâmetro ... 51
Tabela 19 – Grupo B: estacas de 30cm de diâmetro ... 52
Tabela 20 – Grupo B: estacas de 40cm de diâmetro (continua) ... 52
Tabela 21 – Grupo B: estacas de 50cm de diâmetro ... 53
Tabela 22 – Grupo A: Resumo das estacas de 30 cm de diâmetro ... 53
Tabela 23 – Grupo A: Resumo das estacas de 40 cm de diâmetro ... 54
Tabela 24 – Grupo A: Resumo Total ... 54
Tabela 25 – Grupo B: Resumo das estacas de 30 cm de diâmetro ... 54
Tabela 26 – Grupo B: Resumo das estacas de 40 cm de diâmetro ... 55
Tabela 27 – Grupo B: Resumo das estacas de 50 cm de diâmetro ... 55
SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO... 10 1.1 TEMA E DELIMITAÇÃO ... 11 1.2 PROBLEMA DE PESQUISA ... 11 1.3 JUSTIFICATIVA ... 11 1.4 OBJETIVOS ... 11 1.4.1 Objetivo Geral ... 11 1.4.2 Objetivos Específicos... 12 1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO ... 12 2 METODOLOGIA ... 13 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 14 3.1 SOLOS ... 14 3.1.1 Origem ... 14 3.1.2 Características ... 14
3.1.3 Classificação dos Solos pela Origem ... 17
3.1.3.1 Solos Residuais ... 17
3.1.3.2 Solos sedimentares ou transportados ... 18
3.2 FUNDAÇÃO ... 18
3.2.1 Investigação do Subsolo ... 19
3.2.1.1 ENSAIO TIPO SPT ... 22
3.2.2 Critérios para a escolha da fundação profunda ... 25
3.2.3 Fundação tipo hélice contínua monitorada ... 26
3.2.3.1 Sequência executiva de estacas hélice contínua monitorada ... 28
3.2.4 Controle executivo de fundações ... 29
3.2.4.1 Controle executivo da fundação tipo hélice contínua ... 30
3.3 MONITORAMENTO DE ESTACAS TIPO HÉLICE CONTÍNUA ... 31
3.3.1 Funcionamento aparelho ... 32
3.3.1.1 Profundidade, Velocidade de Rotação, Torque e Inclinação da Torre ... 34
3.3.1.2 Pressão do concreto e Sobreconsumo... 34
4 OBRA ESTUDADA ... 37
4.1 DIMENSIONAMENTO E DETALHES DA FUNDAÇÃO ... 38
4.1.1 Locação dos pilares ... 39
4.1.3 Concretagem e armação ... 40
4.2 ENSAIOS SPT ... 41
5 ANÁLISES E RESULTADOS... 42
5.1 ANÁLISE DO SPT E DIVISÃO DE GRUPOS ... 42
5.2 ANÁLISE DOS GRUPOS “A” E “B” ... 50
5.3 ANÁLISE DOS RESULTADOS ... 56
6 CONCLUSÃO ... 59
REFERÊNCIAS ... 61
ANEXO A – PROJETO ARQUITETÔNICO FOLHA 1/7 ... 64
1 INTRODUÇÃO
A engenharia de fundações tem evoluído com os anos, buscando métodos executivos com equipamentos mais produtivos, automatizados e seguros, e melhor qualidade e desempenho.
Fundação, na engenharia civil, é um elemento estrutural realizado com a finalidade de transmitir as cargas recebidas da estrutura para uma camada mais resistente do solo. Ela é essencial no processo de execução de uma edificação, que começa pela sondagem do terreno que ela será erguida. As fundações podem ser divididas em rasas (superficiais ou diretas), ou profundas (indiretas).
O solo, por sua vez, também é parte integrante da fundação, pois é ele que dá sustentação ao peso e também determina características fundamentais do projeto em função de seu perfil e de características físicas como: elevação, drenagem e localização. Por definição, o solo é um material heterogêneo, e é dividido em três tipos: arenoso, argiloso e siltoso.
E na busca dessas vantagens, surgiu no mercado a estaca tipo hélice contínua. Trata-se de uma estaca moldada inloco, onde é feita a perfuração do solo por rotação através de um trado com formato espiral. Na parte inferior deste trado existem facas para facilitar o corte de terrenos com alta resistência, e é feita a perfuração até atingir a profundidade exigida em projeto. Finalizada a perfuração, é bombeado o concreto através de um tubo que fica dentro do mesmo trado e, conforme a subida do trado, o buraco é preenchido com o concreto sob pressão. Após a concretagem, é inserida manualmente a armadura da estaca. Esse processo executivo de estaca possui diversas vantagens, como ausência de vibrações no terreno, melhor velocidade na execução, além da possibilidade de execução abaixo do nível de água.
As estacas de tipo hélice contínua monitorada são compostas de sensores eletrônicos que permitem o monitoramento da mesma durante sua execução e, no caso do equipamento utilizado na obra estudada, os dados de monitoramento foram obtidos por meio do software SoftSaci, que gera gráficos que nos apresentam: hora e tempo de execução, profundidade alcançada da estaca, pressão e sobreconsumo de concreto, torque do equipamento, velocidade de descida e subida do trado, e perfil provável da estaca.
Este trabalho tem por objetivo a apresentação e interpretação dos dados fornecidos no monitoramento, e visa analisar o sobreconsumo de concreto em toda obra. O trabalho é baseado em uma obra localizada em Palhoça/SC, que se trata de uma edificação que possui 30
torres com 4 pavimentos cada, com projeto de fundações contendo 1013 estacas e profundidade das estacas variando de 11 a 32,09 metros. As cargas verticais nas fundações alcançam até 42tf.
1.1 TEMA E DELIMITAÇÃO
Análise do sobreconsumo de concreto na fundação da obra estudada.
1.2 PROBLEMA DE PESQUISA
A questão de pesquisa deste trabalho é: Qual o sobreconsumo de concreto da obra estudada e qual a diferença deste para as estacas de diferentes solos e diâmetros das estacas?
1.3 JUSTIFICATIVA
Antes da execução de qualquer fundação, é feito um estudo do solo e um projeto de fundações, considerando também as cargas que serão aplicadas nele, onde é detalhado o tipo da fundação e - se for o caso de fundação profunda - a quantidade e profundidade das estacas. Com base nisso, é feito um planejamento prévio de orçamento e execução, que um dos pontos considerados no planejamento é a quantidade de concreto a ser utilizado.
Diante disso, surge a justificativa do trabalho, um estudo que busca analisar qual o volume de concreto deverá ser previsto acima do volume teórico - que é o volume de acordo com a área das estacas de projeto – considerando o estudo de solo e os diâmetros das estacas. Esta pesquisa irá justificar o sobreconsumo de concreto para as condições aplicadas na fundação de hélice contínua monitorada.
1.4 OBJETIVOS
1.4.1 Objetivo Geral
Coletar, avaliar e comparar os dados de consumo de concreto obtidos na obra estudada, considerando o solo local e os diâmetros das estacas.
1.4.2 Objetivos Específicos
Os objetivos específicos deste trabalho são:
Analisar as condicionantes de projeto da obra estudada, a partir dos dados coletados em obra, como sondagens SPT do terreno e projeto de fundações;
Analisar os perfis de solo através dos relatórios de sondagens SPT;
Comparar os dados obtidos nas sondagens nas proximidades dessas estacas e os dados do monitoramento obtido;
Comparar o volume teórico das estacas e o volume real em relação ao concreto, considerando os diferentes grupos e diâmetros.
1.5 ESTRUTURA DO TRABALHO
No primeiro capítulo é apresentado o tema e delimitação da pesquisa, problema, justificativa, e objetivos gerais e específicos. No capítulo dois, é descrita a metodologia para coleta de dados a serem analisados, e a descrição do que será feito neste trabalho.
O capítulo três apresenta a revisão bibliográfica, que é o referencial teórico. Nesta revisão estão abordados os principais assuntos de base para entendimento, como: origem, característica e classificação dos solos; fundação, investigação do subsolo, critérios para a escolha da fundação profunda, sequência executiva e monitoramento das estacas tipo hélice contínua monitorada; funcionamento do aparelho SACI, que é o software de coleta de dados para os resultados deste trabalho.
Na quarta etapa, é apresentada a obra a qual o estudo é realizado, além dos resultados obtidos em sua fundação, fazendo uma análise individual e global por diâmetro e grupos A e B, conforme serão apresentados, para o sobreconsumo de conceto. Por fim, é apresentada a conclusão do trabalho e sugestões para trabalhos futuros.
2 METODOLOGIA
O trabalho iniciou com a escolha da obra, que é objeto de estudo deste trabalho. Em seguida iniciaram-se as coletas de dados na obra de estudo e as pesquisas bibliográficas.
Os dados foram coletados diretamente com a empresa responsável pela obra, que foi parte essencial para o desenvolvimento do estudo e da pesquisa quantitativa. Os documentos coletados foram:
a) Sondagens à percussão e ensaio SPT do terreno; b) Projetos de fundação;
c) Planta de pontos de cargas das estacas; d) Relatórios de monitoramento das estacas;
e) Planilhas de registros da obra de informações referentes às estacas.
A metodologia do estudo de caso apresentado segue conforme o fluxograma, como mostra a Figura 1:
Figura 1 – Representação da metodologia do estudo de caso
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 SOLOS
3.1.1 Origem
Os solos originam-se da decomposição das rochas que constituíram inicialmente a crosta terrestre, e essa decomposição é decorrente de agentes físicos e químicos.
Conforme citado por Pinto (2006), têm-se como agente físico a variação de temperatura, pois elas provocam trincas nas quais penetra a água e ataca quimicamente os minerais. Algum outro fator como congelamento de água nas trincas, exerce elevadas tensões, o que ajuda nessa fragmentação. Fatores químicos, como fauna e flora, também colaboram para este processo. O conjunto destes fatores leva a formação dos solos que, em consequência, são misturas de partículas pequenas que se diferenciam pelo tamanho e pela composição química.
3.1.2 Características
Os tipos de solos podem ser classificados, inicialmente, em função do diâmetro das partículas que os compõem, apresentando diferentes denominações. Alguns grãos podem identificar a olho nu por possuírem diâmetros maiores, como os pedregulhos por exemplo. A diversidade dos tamanhos dos grãos é enorme e num solo, geralmente, convivem partículas de tamanhos diversos (PINTO, 2006). Os valores adotados pela ABNT para a classificação dos solos pelo tamanho dos grãos constam na Tabela 1.
Tabela 1 – Limites das frações do solo pelo tamanho dos grãos
Fração Limites Matacão de 25 cm a 1 m Pedra de 7,6 cm a 25 cm Brita de 4,8 mm a 7,6 cm Areia grossa de 1,2 mm a 4,8 mm Areia média de 0,42 mm a 2,00 mm Areia fina de 0,05 mm a 0,42 mm Silte de 0,005 mm a 0,05 mm Argila inferior a 0,005mm
Pinto (2006) relata que existem dois tipos de ensaio baseados a partir do tamanho das partículas, que são eles, a análise granulométrica e os índices de consistência. De acordo com autor, a análise granulométrica é dividida em duas fases: peneiramento e sedimentação. O peneiramento é o processo feito através de um conjunto de peneiras com aberturas padronizada sendo a menor delas é a de 0,075mm (peneira nº 200), o peso do material que passa por cada peneira, referido ao peso seco da amostra, é denominado como a porcentagem que passa e apresentada graficamente em escala logarítmica. A Figura 2 apresenta um exemplo de uma curva de distribuição granulométrica do solo.
Figura 2 – Curva granulométrica
Fonte: Sousa Pinto (2006).
Para Sousa Pinto (2006) os solos, ainda, se classificam quanto à sua origem, que é um complemento importante para o conhecimento das ocorrências e para a transmissão de conhecimentos acumulados. Para o autor, os solos se subdividem em dois grupos: os residuais e os transportados.
Os solos residuais são resultantes da decomposição de origem, no próprio local em que se encontra essa rocha. Não há transporte de material. Geralmente acompanham a topografia do terreno e possuem camadas de espessura variável.
Os solos transportados ou sedimentares são resultantes da decomposição das rochas e posterior transporte do material, do material de local de origem, para outros diferentes. Geralmente ficam dispostos em camadas horizontais, ou pouco inclinados, de espessura uniforme.
No desenvolvimento do projeto de fundações é importante que o profissional engenheiro identifique claramente em que tipo de formação geológico-geotécnica será
implantado o projeto. Esta compreensão contribui muito para o desenvolvimento de um projeto efetivamente adequado às particularidades geotécnicas que se apresentam.
Muitos fatores interferem na análise do comportamento do solo, e um deles é a presença de água no solo, que acabaram conhecidos como os limites de Atterberg (Índices de consistência). A mudança de estado do solo está relacionada com o teor de umidade presente nele, sendo denominados como Limite de Liquidez (LL) e Limite de Plasticidade (LP), e assim existe o Índice de Plasticidade (IP), que é definido como a diferença entre os limites e é a faixa onde o solo é considerado plástico. De acordo com Pinto (2006), os limites são baseados na verificação de que um solo argiloso ocorre com diferentes aspectos conforme seu teor de umidade, ou seja, quanto mais úmido, mais ele terá um comportamento de um líquido, da mesma forma, que a medida que ele vai perdendo água, vai tornando-se plástico e quando estiver seco será quebradiço. Para efeito de apresentação de resultados apenas os valores do LL e do IP são apresentados como índices de consistência dos solos, o LP apenas é utilizado para a determinação do IP, conforme Figura 3.
Figura 3 – Limites de Atterberg do solo
Fonte: Pinto (2006, p. 25).
A Tabela 2 demonstra onde são apresentados resultados típicos de alguns solos brasileiros, segundo PINTO.
Tabela 2 – Índices de Atterberg, de alguns solos brasileiros (continua)
Solos LL % IP %
Residuais de arenito (arenosos finos) 29-44 11-20
Residual de gnaisse 45-55 20-25
Residual de basalto 45-70 20-30
Residual de granito 45-55 14-18
Argilas orgânicas de várzeas quaternárias 70 30
Argilas orgânicas de baixadas litorâneas 120 80
Tabela 3 – Índices de Atterberg, de alguns solos brasileiros (conclusão)
Solos LL % IP %
Argilas variegadas de São Paulo 40 a 80 15 a 45
Areias argilosas variegadas de São Paulo 20 a 40 5 a 15
Argilas duras, cinzas, de São Paulo 64 42
Fonte: Pinto (2006, p. 26).
3.1.3 Classificação dos Solos pela Origem
3.1.3.1 Solos Residuais
Salomão e Antunes (1998) descrevem esta formação de solo como:
Os solos formados a partir da decomposição das rochas pelo intemperismo, seja químico, seja físico, ou combinação de ambos, e que permaneçam no local onde foram formados, sem sofrer qualquer tipo de transporte, são denominados solos residuais. A natureza desses solos, ou seja, sua composição mineralógica e granulométrica, estrutura e espessura, dependem do clima, relevo, tempo e tipo de rocha de origem. Assim, em regiões do clima tropical, como na maior parte do Brasil, o manto de solo residual, formado pela decomposição das rochas com predomínio do intemperismo químico, apresenta, quase sempre, espessura da ordem de dezenas de metros, enquanto que, em regiões com predomínio de clima temperado, este manto tem espessura normalmente de poucos metros. A natureza e a espessura do manto de intemperismo de solos residuais têm grande importância na Geologia de Engenharia. Mantos de solos residuais muito espessos podem, por exemplo, impossibilitar a fundação de obras hidráulicas de concreto sobre o maciço de rocha sã, que se encontra a grandes profundidades, obrigando que estas fiquem apoiadas em solos residuais. Vários desses casos de obras antigas e recentes, com fundações de solos residuais, são encontradas no Brasil.
Gerscovich (2012) denomina as diversas camadas do solo residual, sendo elas: solo residual maduro, como a camada mais superficial; em seguida a camada de solo residual jovem ou solo saprolítico; e uma camada entre o solo saprolítico e a rocha sã denominada de rocha alterada. Mesmo com essa subdivisão não há um limite totalmente definido entre eles. É de ciência que os solos residuais possuem uma baixa resistência à erosão, em especial os solos saprolíticos. É necessário, então, o cuidado na proteção desses solos em casos de obras envolvendo taludes naturais. Os solos saprolíticos possuem elevada resistência ao cisalhamento, porém, apresentam planos de maior fraqueza ao longo das estruturas herdadas da rocha mãe (Massad 2010).
3.1.3.2 Solos sedimentares ou transportados
Conforme Pinto (2009), solos sedimentares são aqueles que foram levados ao seu atual local por algum agente de transporte. Dentro dos solos transportados, o autor subdividiu em grupos como: coluvionares, aluvionares e eólicos.
Os solos coluvionares são aqueles transportados por ação da gravidade. Referente à este, o autor cita como exemplo os escorregamentos das escarpas da Serra do Mar, formando os talús nos pés do talude, massas de materiais muito diversos, sujeitos à movimentações de rastejo. O autor classifica também como coluviões os solos superficiais do planalto brasileiro depositados sobre solos residuais.
Os aluvionares, são aqueles transportados pela água. Segundo Pinto, este depende da velocidade das águas no momento da deposição. Existem aluviões essencialmente arenosas, bem como aluviões muito argilosos, comum nas várzeas quartenárias dos córregos e rios. Registra-se também a ocorrência de camadas sobrepostas de granulometrias distintas, dessa maneira deve ser encontrado, próximo às cabeceiras de um curso d'água, material grosseiro, na forma de blocos e fragmentos, sendo que o material mais fino, como as argilas, é levado a grandes distâncias, mesmo após a diminuição da capacidade de transporte do curso d'água.
Os solos eólicos são aqueles transportados pelo vento. O transporte pelo vento provoca o arredondamento das partículas, em virtude do seu atrito constante. É citado como exemplo os areais constituintes do arenito Botucatu, no Brasil, que são arredondadas, por ser esta uma rocha sedimentar com partículas previamente transportadas pelo vento.
3.2 FUNDAÇÃO
Fundação é o elemento estrutural que transfere ao terreno as cargas que são aplicadas à estrutura. Consequentemente, o terreno é elemento de uma fundação e do conhecimento de suas propriedades, ou melhor, do seu comportamento quando submetido a carregamentos, dependerá o desempenho da fundação (VELLOSO, 1998).
Um dos critérios adotados para classificar os vários tipos de fundação é dividi-los em dois grandes grupos: fundações diretas ou rasas, e fundações indiretas ou profundas.
Conforme NBR 6122 (2010; p. 2), define fundação direta como:
Elemento de fundação em que a carga é transmitida 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.
A mesma norma também define a fundação indireta ou profunda como:
Elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, devendo sua ponta ou base estar assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3,0 m. Neste tipo de fundação incluem-se as estacas e os tubulões.
A partir da introdução de conceitos básicos de fundações rasas e profundas, são aprofundados alguns assuntos relevantes ao projeto de fundações, como: tipos de solo, investigação do subsolo, sondagens do SPT, critérios para escolha do tipo de fundação.
Segundo Maximiano (2002), “projeto é um empreendimento temporário de atividade que tenha início, meio e fim programados. Tem o objetivo de fornecer um produto singular e dentro das restrições orçamentárias”. É importante ressaltar que, no que tange projetos de engenharia, o projeto de fundações é um caso especial, pois, segundo Velloso e Lopes (2010), na Engenharia de Fundações o profissional vai lidar com o solo – um material natural sobre o qual pouco pode atuar. Os mesmos autores assinalam que toda obra de Engenharia Civil, há certo risco, mas nas obras de Fundações esse risco é sensivelmente maior justamente devido à natureza do material de trabalho.
3.2.1 Investigação do Subsolo
Qualquer obra de engenharia civil exige um conhecimento mínimo da mecânica dos solos o qual receberá a carga da estrutura. Para a elaboração de projetos de fundações, é necessário conhecer as diversas camadas do subsolo e determinar as suas propriedades mecânicas. A obtenção destas propriedades pode ser feita através de ensaios de laboratório ou de campo. Na prática, entretanto, há predominância quase que total dos ensaios “in situ”, ou seja, no local onde está localizado o solo.
A NBR 6122 (2010) fala aborda o reconhecimento inicial geológico e geotécnico do local a ser elaborado o projeto e a previsão do desempenho das fundações, separando em sete itens:
a) visita ao local;
b) feições topográficas e eventuais indícios de instabilidade de taludes; c) indícios da presença de aterro (bota-fora) na área;
d) indícios de contaminação do subsolo por material contaminante lançado no local ou decorrente do tipo de ocupação anterior;
e) prática local de projeto e execução de fundações; f) estado das construções vizinhas;
g) peculiaridades geológico-geotécnicas na área, tais como: presença de matacões, afloramento rochoso nas imediações, áreas brejosas, minas d'água etc.
Segundo Rebello (2011, p. 27), o conhecimento das características físicas do solo é muito importante não só para a escolha do tipo de fundação e seu dimensionamento, como também para a determinação de “acidentes”, tais como a existência de água, de matacões e de vazios que possam influenciar o próprio método construtivo.
Milititsky (2005, p. 27) afirma que a identificação e caracterização do comportamento do solo são fundamentais à solução de qualquer problema de fundações, uma vez que é o solo que vai suportar as cargas atuantes, e que a investigação do subsolo é a causa mais frequente de problemas de fundações.
Conforme Schnaid (2000, p. 1), o reconhecimento das condições do subsolo constitui pré-requisito para projetos de fundações seguros e econômicos. No Brasil o custo envolvido na execução de sondagens varia normalmente entre 0,2 e 0,5% do custo total da obra, sendo as informações geotécnicas obtidas indispensáveis a previsão dos custos fixos associados ao projeto e sua solução.
Velloso e Lopes (1996, p. 41) ainda observam que:
O projetista de fundações deve se envolver com o processo de investigação do subsolo desde seu início. Infelizmente na prática, isso frequentemente não acontece, e ao projetista é entregue, junto com informações sobre a estrutura para a qual deve projetar fundações, um conjunto de sondagens. Nesse caso, e havendo dúvidas que impeçam o desenvolvimento do projeto, estas sondagens devem ser consideradas como uma investigação preliminar, e uma investigação complementar deve ser solicitada.
Essa investigação complementar também é requerida segundo a NBR 6122 (ASSOCIACAO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2010, p. 4), onde cita:
Para qualquer edificação deve ser feita uma campanha de investigação geotécnica preliminar, constituída no mínimo por sondagens a percussão (com SPT), visando a determinação da estratigrafia e classificação dos solos, a posição do nível d'água e a medida do índice de resistência à penetração NSPT, de acordo com a ABNT NBR 6484. Na classificação dos solos deve ser empregada a ABN NBR 6502. Em função dos resultados obtidos na investigação geotécnica preliminar, pode ser necessária uma investigação complementar, através da realização de sondagens adicionais, instalação de indicadores de nível d'água, piezometros, bem como de outros ensaios de campo e de ensaios de laboratório. Em obras de grande extensão, a utilização de ensaios geofísicos pode se constituir num auxiliar eficaz no traçado dos perfis geotécnicos do subsolo. Independentemente da extensão da investigação geotécnica preliminar realizada, devem ser feitas investigações adicionais sempre que, em qualquer etapa da execução da fundação, forem constatadas diferenças entre as condições locais e as indicações fornecidas pela investigação preliminar, de tal forma que as divergências fiquem completamente esclarecidas.
Atualmente, existem diversos tipos de investigações e ensaios do subsolo. Rebello (2011, p. 27) cita que:
[...] a sondagem é um procedimento que objetiva conhecer as condições naturais do solo, visando conhecer seu tipo, características físicas e principalmente sua resistência. A sondagem possibilita ainda a determinação da profundidade do lençol freático (água no subsolo). [...] Apesar de não ser o mais perfeito processo de sondagem, o denominado Ensaio de Penetração Normal – ou SPT, iniciais do termo “Standart Penetration Test” – é o mais comumente usado tanto no Brasil como no mundo todo. Esse método de sondagem, pela forma que é executado, é conhecido também como sondagem à percussão.
As dificuldades presentes nos métodos analíticos estimulam o uso de métodos diretos, que é o caso do SPT. Por métodos diretos, entendem-se métodos semiempíricos, alguns com fundamentações estatísticas, inclusive, a partir dos quais as medidas dos ensaios são correlacionadas diretamente aos parâmetros geotécnicos. Já os métodos indiretos usam os resultados dos ensaios para a previsão de propriedades, possibilitando a adoção de parâmetros. Como se sabe, o SPT é o ensaio mais usado na geotecnia brasileira para cálculos da estimativa da capacidade de carga das fundações.
Segundo Anjos (2006), as correlações existentes, baseadas no SPT, devem ser tratadas com cuidado, pois o SPT possui uma variabilidade ainda grande de energias aplicadas ao amostrador, devido ao caráter manual de sua execução no Brasil. Logo é muito dependente da equipe de execução e das condições do equipamento utilizado, por isso a correlação às cegas, com base apenas no SPT, deve ser repensada. Além disso, o ensaio SPT pode não representar de forma correta as resistências em alguns tipos específicos de solos (por exemplo, solos laterizados). Sabe-se que o ensaio SPT não tem sensibilidade para fornecer informações sobre a resistência de solos muito moles. Em muitos casos o sondador tem que
limitar a penetração do conjunto e o significado do valor da penetração em termos quantitativos é muito pequeno.
A seguir, será apresentada a definição e o método de ensaio SPT, sendo o mesmo, segundo os autores citados, o mais utilizado no Brasil.
3.2.1.1 ENSAIO TIPO SPT
Para os projetos de engenharia, deve ser feito um reconhecimento dos solos envolvidos, para sua identificação, a avaliação de eu estado e, eventualmente, para amostragem, visando à realização de ensaios especiais. Amostragem em taludes, abertura de poços e perfuração do subsolo são os procedimentos empregados com esse propósito. [...] A sondagem tipo SPT consiste essencialmente em dois tipos de operação: perfuração e amostragem (PINTO, 2009).
Como já citado anteriormente, o ensaio SPT pode reconhecer o nível d´água no solo, e pode ser executado independente da profundidade do mesmo. Para o ensaio, é feita a perfuração do terreno com um trado tipo cavadeira, com 10 cm de diâmetro. Repetidas operações aprofundam o furo, e o material recolhido é classificado segundo sua composição. Atingida certa profundidade, é introduzido um tubo de ensaio com duas polegadas e meia de diâmetro, que é cravado com o martelo. Para a determinação do nível d´água, registra-se a cota do nível d´água assim que o trado atinja o mesmo, observando o tubo de revestimento se a água se mantém na cota atingida ou se eleva no tubo. Caso ela se eleve, é considerado que a água estava sob pressão e deve-se aguardar até que a mesma fique em equilíbrio e é registrada a nova cota. A informação referente à pressão do lençol freático é muito importante, pois essas pressões interferem também na estabilidade de escavações que se fazem nesse solo. É considerada também a data do ensaio, pois o nível do lençol freático varia ao decorrer do ano.
Após o reconhecimento desse nível d´água, pode-se continuar a perfuração com a ajuda de uma bomba para a retirada de água durante o procedimento de teste, essa técnica é, segundo Pinto, conhecida como percussão e lavagem.
Para a coleta da amostragem do solo em geral, utiliza-se um amostrador padrão constituído de um tubo com 50,8 cm de diâmetro externo e 34,9mm de interno, com a extremidade cortante biselada. A outra extremidade, fixada à haste que leva até o fundo da perfuração, deve ter dois orifícios laterais para a saída de água e ar, e uma válvula constituída por uma esfera de aço. A Figura 4 ilustra o esquema SPT.
Figura 4 – Esquema de perfuração por percussão e amostragem
Fonte: Pinto (2009, p. 47).
Seguindo a explicação e ilustração de Pinto (2009), o amostrador é conectado à haste e apoiado no fundo da perfuração. A seguir, é cravado o solo pelo martelo de 65kg, sendo que o mesmo é elevado a 75 cm e deixado cair livremente. Este procedimento pode ser feito manualmente ou por equipamento mecânico. O valor do NSPT é o número de golpes necessário para fazer com que o amostrador penetre 30 cm no solo, após uma cravação inicial de 15 cm. O ensaio também retira amostras representativas do solo, a cada metro de solo. As amostras colhidas passam por um exame tátil-visual e suas características principais são anotadas. As mesmas são guardadas em recipientes impermeáveis para futuras análises.
O ensaio SPT fornece, além das medidas de resistência do solo (número de golpes), uma descrição das camadas de solo atravessadas e nível d’agua do terreno. Estes dados, associados às visitas ao local da obra, nos permitem saber qual é o tipo de solo em que se está trabalhando.
De acordo com Pinto (2009), o solo é classificado por sua compacidade, quando solos grossos ou por sua consistência no caso de solos finos. A Tabela 4 apresenta a compacidade das areias, solos grossos, em função do SPT, enquanto que a Tabela 5 apresenta as consistências das argilas em função do SPT.
Tabela 4 – Compacidade das areias em função do SPT
Resistência à penetração (número N do SPT) Compacidade da areia
0 a 4 muito fofa
5 a 8 fofa
9 a 18 compacidade média
18 a 40 compacta
acima de 40 muito compacta
Fonte: Adaptado de Pinto, 2009 (p.48).
Tabela 5 – Consistências das argilas em função do SPT
Resistência à penetração (número N do SPT) Compacidade da argila
< 2 muito mole
3 a 5 mole
6 a 10 consistência média
11 a 19 rija
> 19 dura
Fonte: Adaptado de Pinto, 2009 (p.48).
Para Pinto (2009) os resultados devem ser apresentados em forma de perfis do subsolo contendo as seguintes informações: descrições de cada solo encontrado, as cotas correspondentes a cada camada, a posição do nível d’água (ou níveis d’água) e sua eventual pressão, a data em que foi determinado o nível d’água e os valores da resistência à penetração do amostrador. Schnaid e Odebrecht (2012) salientam que os resultados devem ser apresentados em planilha onde são descritas as características do solo, o número de golpes necessários para a penetração do amostrador a cada profundidade, a profundidade do nível freático, a posição e a cota do furo. Para um ensaio mais completo é recomendado reservar cerca de 10 gramas da amostra para determinação do teor de umidade e o restante para determinação de finos. Na Figura 5, Pinto mostra o perfil típico de uma sondagem de simples reconhecimento.
Figura 5 – Perfil típico de uma sondagem de simples reconhecimento
Fonte: Pinto, 2009 (p.49).
Segundo Gerscovich (2016, p. 185), vários fatores podem alterar os resultados do ensaio SPT, entre os quais podem ser citados (Cavalcante, 2002): uso de circulação de água na perfuração acima do lençol freático, dimensionamento da bomba e direção do jato de água do trépano, limpeza inadequada do furo de sondagem, desequilíbrio hidrostático, tipo de martelo, altura de queda do martelo, frequência dos golpes, corda, amostrador com imperfeições, desaceleração do martelo por causa do atrito, estado de conservação das hastes (assim como comprimento e tipo), uso ou supressão do coxim, excentricidade do martelo em relação às hastes, erros de anotações, alívio de tensões do solo devido à perfuração, presença de pedregulhos e seixos, intervalo de penetração, peso da cabeça de bater, condições do solo e uso ou supressão de liner.
3.2.2 Critérios para a escolha da fundação profunda
Para Milititsky (2005, p. 55):
Um projeto de fundações começa a partir da análise das solicitações ou carga de projeto, e da adoção de um modelo de subsolo, a ser obtido após a investigação
geotécnica do subsolo, através de ensaios de campo e de laboratório. As solicitações consideradas incluem aqueles referentes ao comportamento do solo, e cargas acidentais e permanentes aplicadas a supra estrutura.
Para Rebello (2009), a fundação profunda é adotada quando o número de golpes da sondagem (SPT) for maior ou igual a 8 e estiver a profundidades superiores a 2 metros. A fundação profunda transmite a carga da superestrutura através do seu corpo, usando o atrito entre ela e o solo e a resistência da sua ponta, como apresenta a Figura 6.
Figura 6 – Representação de resistência por atrito
Fonte: Rebello, 2008 (p.69).
As fundações profundas podem ser classificadas em fundações moldadas in loco ou pré-moldadas. As primeiras são executadas furando-se o solo com um equipamento adequado e depois preenchendo o furo com concreto – ou concreto e armação, se for o caso. Nas pré-moldadas, o elemento de fundação, que é denominado de estaca, é pré-fabricado nas indústrias, sendo cravado posteriormente no solo (Rebello, 2009).
No caso do trabalho apresentado, será abordada a fundação profunda hélice contínua monitorada.
3.2.3 Fundação tipo hélice contínua monitorada
Para Alonso (1943), as estacas são elementos estruturais esbeltos que, colocados no solo por cravação ou perfuração, têm a finalidade de transmitir cargas ao mesmo, seja pela resistência sob sua extremidade inferior (resistência de ponta), seja pela resistência ao longo do fuste (atrito lateral) ou pela combinação dos dois.
Conforme NBR 6122 (2010), estaca é um elemento de fundação profunda executada inteiramente por equipamentos ou ferramentas, sem que, em qualquer fase de sua
execução, haja descida de pessoas. Os materiais empregados podem ser: madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco ou pela combinação dos anteriores. A mesma norma ainda define estaca hélice contínua monitorada como “estaca de concreto moldada in loco, executada mediante a introdução, por rotação, de um trado helicoidal contínuo no terreno e injeção de concreto pela própria haste central do trado simultaneamente com a sua retirada, sendo que a armadura é introduzida após a concretagem da estaca”.
Segundo Rebello (2008), o uso deste tipo de estaca no Brasil é razoavelmente recente. Foi utilizada pela primeira vez em 1987 e desde então sua aplicação vem apresentando grande crescimento. Falando um pouco mais sobre o início do uso deste tipo de fundação, os autores Antunes e Tarrozo (1998, p. 345) registram que os primeiros equipamentos utilizados no país em 1987 eram brasileiros, com torque de 35 kN.m e diâmetros de 275mm, 350mm e 425 mm, e profundidades de até 15 m. Na década de 90, chegaram ao Brasil equipamentos europeus, principalmente da Itália, com torques de 90 a 200 kN.m, diâmetros de ate 1000mm e profundidades de até 24 metros.
Albuquerque (2001, p. 10) caracteriza as estacas tipo hélice continua como um tipo de estaca moldada in loco, caracterizada pela escavação do solo através de um trado continuo, possuidor de hélices em torno de um tubo central vazado. Para evitar que durante a introdução do trado haja entrada de solo ou agua na haste tubular, existe, na sua face inferior, uma tampa metálica, que é pela pressão do concreto deslocada ao início da concretagem. Após a sua introdução no solo, até a cota especificada, o trado extraído concomitantemente a injeção do concreto através do tubo vazado. A medida que o tubo vai sendo retirado, o solo confinado entre as pás da hélice é removido.
Rebello (2008, p. 77) completa que a retirada do tubo concomitante à concretagem evita a possibilidade de confinamento do solo, o que poderia provocar o estrangulamento da seção da estaca, inviabilizando-a. Após completada a concretagem, é inserida a armação com o auxílio de um pilão de pequena carga ou mesmo por gravidade. Caso a estaca seja submetida apenas por compressão, o comprimento da armação não passa de 5 metros. Conforme o autor, o comprimento máximo da armação da estaca não ultrapassa 12 metros, que é o possível para uma barra inteira. Rebello também destaca vantagens do uso desse tipo de fundação, tais como:
a) Alta produtividade; b) elevado grau de qualidade;
d) pode ser executada abaixo do nível d´água;
e) aceita qualquer tipo de solo, exceto solos com presença de matacões ou rocha sã; f) pode ser executada com inclinação até 14º;
g) possibilidade de execução bem próxima à divisa do terreno; h) pode ser executada abaixo do nível d´água;
i) ausência de ruídos e vibrações no terreno.
Em contrapartida, o autor destaca que a estaca apresenta como inconvenientes a necessidade de locais planos para a locomoção do equipamento de execução e o grande acúmulo de solo retirado, que exige remoção constante do mesmo.
Este tipo de estaca admite diâmetro de até 100cm e as cargas nominais são apresentadas conforme Tabela 6.
Tabela 6 – Cargas Nominais para Estacas tipo hélice contínua Diâmetro da Hélice (cm) 27,5 35 40 42,5 50 60 70 80 90 100 Capacidade (tf) 25 a 35 35 a 50 50 a 65 55 a 70 70 a 100 110 a 140 155 a 190 200 a 250 255 a 310 315 a 390 Fonte: Rebello, 2008 (p.78).
3.2.3.1 Sequência executiva de estacas hélice contínua monitorada
A estaca do tipo hélice contínua monitorada, é uma estaca de concreto moldada “in loco”, executada por meio de trado contínuo e injeção de concreto, sob pressão controlada, através da haste central do trado simultaneamente a sua retirada do terreno. (HACHICH et. al., 1998). Após a concretagem é inserida a armadura.
A Figura 7 demostra o sequenciamento de atividades para execução de estacas hélice contínua. Primeiramente o equipamento é alinhado no prumo, depois inicia-se a perfuração com a hélice no solo, após a perfuração a hélice retorna soltando o concreto que vem do caminhão através da mangueira de concreto que encontra-se dentro dela. Após a concretagem, é colocada a armadura, de forma manual ou com o auxílio das máquinas.
Figura 7 – Sequenciamento de atividades para execução de estacas hélice contínua
Fonte: Mandolini et al., 2005
3.2.4 Controle executivo de fundações
Para um bom desempenho dos elementos da fundação projetada, é essencial o acompanhamento e controle executivo da mesma. Este controle deve ser realizado durante o processo de execução das fundações, para a garantia de que o que está em projeto seja o que está in loco, além de que os desvios de projeto e anormalidades da execução possam ser resolvidos em tempo hábil.
Segundo Alonso (1991, p. 6), O controle de projeto de fundações é um acompanhamento daquilo que foi previsto durante a fase de projeto, com o objetivo de se detectar, o mais breve possível, quaisquer desvios de projeto, para que seja então realizado todo processo de readaptação do projeto.
Alonso (1991, p. 5), ainda destaca que:
Durante a execução, as equipes envolvidas seguem, basicamente, o método executivo previsto na fase de projeto. Na interface projeto-execução situa-se o controle da qualidade da fundação, que devera aferir as previsões feitas, adaptando-se a execução as mesmas ou fornecendo subsídios ao projeto para reavaliação. É importante frisar que um projeto de fundações só e concluído ao termino da execução das mesmas, pois, como já se disse anteriormente, trabalha-se com o solo, que não é um material fabricado pelo homem. Esse material tem toas as nuances impostas pela natureza. Além disso, sua capacidade de carga e suas características de deformabilidade são normalmente afetadas pelo método executivo.
3.2.4.1 Controle executivo da fundação tipo hélice contínua
A NBR 6.122-2010, faz referência ao controle do processo executivo de estacas hélice contínua monitorada, orientando que todas as fases de execução da estaca devem ser monitoradas eletronicamente a partir de sensores instalados na perfuratriz, e deve registrar (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2010, p. 54):
a) nivelamento do equipamento e prumo do trado; b) pressão no torque;
c) velocidade de avanço do trado; d) rotação do trado;
e) cota de ponta do trado;
f) pressão de concreto durante a concretagem; g) sobreconsumo de concreto;
h) velocidade de extração do trado.
Além dos registros feitos pela perfuratriz, a norma também ressalta o dever de ser preenchida uma ficha para cada estaca, devendo constar as seguintes informações (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2010, p. 54-55):
a) identificação da obra e local, e nome do contratante e executor; b) data e horário do início e fim da concretagem;
c) identificação ou número da estaca; d) cota do terreno;
e) diâmetro da estaca;
f) comprimento executado da estaca; g) desaprumo e desvio de locação; h) características do equipamento;
i) especificação dos materiais e insumos utilizados; j) consumo de materiais por estaca;
k) inclinação do trado;
I) volume de concreto real e teórico; m) torque durante perfuração; n) rotação do trado;
o) velocidade de avanço do trado; p) pressão de injeção do concreto; q) velocidade de extração do trado; r) anormalidades de execução; s) observações pertinentes.
3.3 MONITORAMENTO DE ESTACAS TIPO HÉLICE CONTÍNUA
O monitoramento de estacas tipo hélice contínua é feito através do computador de bordo, o qual recebe as informações de diversos sensores instalados no equipamento. Para a obra estudada, o método adotado para a coleta de dados das estacas hélice contínua monitorada é através do sistema SACI, que funciona como um meio de monitoramento de dados durante a execução das estacas como: rotação, profundidade, inclinação do helicoide, pressão de concreto, velocidade de perfuração, velocidade de extração da hélice e sobreconsumo.
Neto (2002, p. 42) afirma que a utilização dos dados de monitoração, correlacionados entre si e/ou com o tipo de solo poderia tornar-se um valioso parâmetro de controle executivo. Na etapa de projeto, esses dados poderiam ser utilizados para atingir máximo desempenho e qualidade.
Apesar do monitoramento das estacas hélice já medir o valor do sobreconsumo de concreto e a variação da seção transversal ao longo da profundidade, a acurácia dessas medidas é discutível. Imprecisões e erros nos dados fornecidos pela monitoração podem ocorrer por diversos motivos, destacando-se o sistema de monitoração mal calibrado, danos nos sensores, bomba de concreto não calibrada, etc (NETO, 2002).
Tanto a deformabilidade de estacas tipo hélice contínua quanto a capacidade de carga quanto são fortemente influenciadas pelo tipo de equipamento usado durante a etapa executiva da estaca e pelo operador da máquina. Logo, o acompanhamento da execução de estacas hélice contínuas, por engenheiro geotécnico capacitado, deveria ser mais comum, pois é um ponto crucial para o desempenho futuro de cada estaca. As estacas tipo hélice contínua estão mais próximas de serem controladas de maneira mais técnica, isso porque já existem sistemas computacionais de monitoramento executivo das estacas. A importância dada à etapa executiva é subestimada na etapa de projeto, porém tem papel fundamental no desempenho da estaca e, segundo ele, o uso de sistemas confiáveis para monitorar e armazenar os dados
executivas das estacas tipo hélice contínua, gerados durante a execução das mesmas, é fortemente recomendado (MANDOLINI, 2002).
Segundo Velloso (1990), apenas a partir do controle executivo e do controle de qualidade efetivo de uma obra é que se pode avaliar e, consequentemente, aprovar ou não a mesma, resguardando até mesmo o profissional ou empresa responsável pela obra.
No próximo tópico será apresentado o software, bem como alguns aspectos relevantes de alguns dados fornecidos através do monitoramento de estacas hélice contínua. As informações para este capítulo foram extraídas do manual de operação SACI da Geodigitus (2003).
3.3.1 Funcionamento aparelho
O equipamento é um instrumento de medição computadorizada que obtém dados da perfuração do solo através de vários sensores instalados na perfuratriz. Dessa forma o operador da máquina é informado sobre a rotação, profundidade, inclinação do helicoide, pressão de concreto, velocidade de perfuração, velocidade de extração da hélice e sobreconsumo que são fundamentais para o controle de execução das estacas hélice contínua. A maioria dos sensores é ligada ao aparelho de controle por cabos elétricos, entretanto, a conexão do sensor de pressão de concreto é feita através de link de rádio, eliminando a possibilidade de ruptura de cabos durante a operação. A instalação do equipamento de controle na perfuratriz é rápida e não requer grandes alterações na perfuratriz, sendo realizada pelos próprios fabricantes. A Figura 8 mostra o esquema de perfuração por percussão e amostragem.
Figura 8 – Esquema de perfuração por percussão e amostragem
Fonte: Geodigitus, 2003 (p.4).
Esse sistema permite a obtenção gráfica das medidas, podendo fornecer os seguintes parâmetros de perfuração: profundidade de ponta da estaca; tempo de execução do furo; inclinação da torre; velocidade de penetração da hélice; velocidade de rotação da hélice; velocidade de extração da hélice do solo; volume realmente gasto de concreto; sobreconsumo de concreto; pressão de injeção de concreto; pressão de óleo do sistema (indicador do torque). Nos tópicos abaixo consta um breve resumo referente ao funcionamento e as etapas de extração de dados realizados pelo software. Os dados coletados são demonstrados no visor da máquina, conforme Figura 9.
Figura 9 – Computador de dados
Fonte: Geodigitus, 2003 (p.9).
3.3.1.1 Profundidade, Velocidade de Rotação, Torque e Inclinação da Torre
Para detectar a profundidade, os sensores de rotação podem ser instalados na torre ou em contato direto com uma das roldanas que giram proporcionalmente ao curso do trado hélice. O que possibilita, além de detectar a profundidade do furo e a posição da ponta do trado em relação ao nível do terreno, é também o cálculo da velocidade de avanço e de subida do trado, além do comprimento total da estaca, pois o computador possui um cronometro interno.
Para a velocidade de rotação, o computador conta o número de vezes que os pinos metálicos, que são instalados na haste do trado, passam pelo sensor devido ao giro do trado, e calcula a rotação em RPM.
O torque é medido somente durante a perfuração, através transdutor de pressão que é instalado na tubulação de óleo do sistema hidráulico do motor da mesa de rotação.
A leitura da inclinação da torre é indicada pelo display do computador, e o sensor para sua leitura é colocado na torre da máquina fornecendo a inclinação em relação a vertical a partir de um sistema de eixos X (para direção direita e esquerda), e eixo Y (para direção frente e traseira).
3.3.1.2 Pressão do concreto e Sobreconsumo
O sensor para medir a pressão do concreto é instalado na junção do mangote de concreto com o topo da haste do trado. Este sensor mede a pressão do concreto de forma
indireta, através de um transdutor de pressão que transfere a pressão do concreto para um líquido (água ou óleo) que está em contato com um tubo de borracha comprimido pelo concreto na sua passagem.
Como as bombas de concreto são providas de dois cilindros hidráulicos mecanicamente ligados à cilindros que bombeiam o concreto, o processo de bombeamento gera diversos picos de pressão a cada “golpe” da bomba. O software registra o maior pico de pressão para uma única contagem de cada ciclo de bombeamento. Além de medir a pressão do concreto, o sensor capta o número de picos de pressão e informa ao computador para determinação do volume de concreto utilizado e também a vazão do concreto.
No manual é orientado também aferir o volume medido com o volume efetivamente bombeado toda vez que uma nova bomba é utilizada, pois cada modelo de bomba tem um volume de cilindro diferente, além de perda ou eficiência própria. Bombas com muito uso ou sem manutenção tem menor eficiência conduzindo a erros de medida.
No ato da concretagem, o computador é capaz de exibir o volume de concreto utilizado até o momento e indica também, o excesso ou diminuição do consumo, indicado na tela como um percentual denominado sobreconsumo ou subconsumo, fazendo uma média dos últimos 128cm concretados. O sobreconsumo ou subconsumo da estaca inteira só é fornecido pelo programa de análise de dados SOFTSACI, que foi o software utilizado
Referente ao sobreconsumo de concreto, para Barros (2011) o sobreconsumo de concreto consiste na relação percentual entre o volume consumido e o teórico que é calculado através do diâmetro da estaca que será executada.
Segundo um estudo de caso feito por Tolêdo e Preve (2016), referente ao sobreconsumo de concreto em estacas tipo hélice contínua, “é possível afirmar que há um certo padrão de sobreconsumo em obras que apresentaram o mesmo tipo de solo, ao todo foram analisadas 435 estacas de diâmetros entre 0,3 m e 0,7 m”. Além disso, foi concluído que estacas de maior diâmetro possuem uma porcentagem de sobreconsumo menor em relação às de menor diâmetro. Referente ao NSPT, os estudos feitos por Tolêdo e Preve mostraram que não houve qualquer relação com o sobreconsumo de concreto das estacas. Segundo eles, apesar de o executor da fundação prever um sobreconsumo de média de 30% a mais de concreto, fatores como manuseio do operador, tipo de solo, pressão do concreto e velocidade do trado podem influenciar no valor de sobreconsumo.
Albuquerque (2001, p. 12) reforça a importância do monitoramento no processo de execução da estaca hélice continua, principalmente na etapa de concretagem, pois uma execução mais rápida ou mais lenta da concretagem poderia causar, por exemplo, patologias
de seccionamento da estaca ou contaminação do concreto. A Figura 10 demonstra o tipo de gráfico gerado pelo software, conforme o que foi falado neste capítulo.
Figura 10 – Demonstrativo de gráfico gerado pelo software
4 OBRA ESTUDADA
A obra está localizada no município de Palhoça, Santa Catarina. A área total do terreno é 29.556,17 m², com área construída de 25.615,54 m². No mapa apresentado na Figura 8 se encontra a localização do empreendimento. Para a localização foi utilizado o levantamento topográfico disponibilizado pelo empreendedor, sendo possível a determinação das coordenadas UTM dos pontos de deflexão que formam os vértices delimitadores do terreno em estudo e a elaboração do mapa que apresenta cartograficamente a sua localização, apresentado na Figura 11.
O nome da construtora, por sigilo, não será citado.
Figura 11 – Mapa de localização do empreendimento
Fonte: Google Earth Pro (2019)
A Tabela 7 apresenta as coordenadas UTM de acordo com o levantamento topográfico.
Tabela 7 – Coordenadas UTM dos pontos de deflexão que formam os vértices delimitadores do terreno em estudo. Pontos X Y 1 726394,661 6939381,265 2 726440,434 6939333,111 3 726551,559 6939388,409 4 726594,002 6939548,482 5 726444,138 6939560,653
Fonte: Elaboração da Autora, (2019).
O empreendimento em questão trata-se de um complexo residencial multifamiliar de 30 (trinta) blocos de 4 (quatro) pavimentos, que conterá 480 (quatrocentas e oitenta) unidades privativas distribuídas entre eles, sendo apartamentos de 2 (dois) dormitórios voltados a atender ao perfil de moradias populares. O projeto arquitetônico (Anexo A) apresenta a planta de situação e as tabelas e quadro de áreas.
4.1 DIMENSIONAMENTO E DETALHES DA FUNDAÇÃO
O projetista utilizou como dados de referência para o dimensionamento da fundação os documentos abaixo:
Relatório de sondagem à percussão, s/nº, emitido pela empresa X, datado em outubro de 2014;
Relatório de sondagem à percussão, nº 1046/16, emitido por Fassina Geotecnia, datado em 13 de abril de 2016;
Projeto Arquitetônico;
Projeto de Terraplanagem;
Projeto Estrutural
Por determinação do projetista, apenas os blocos 1 (um) ao 4 (quatro) contam com fundação rasa do tipo radier, os demais são em fundação profunda do tipo hélice contínua. Não houve inspeção referente à escolha do projetista para o diferente tipo de fundação nos blocos citados, pois o foco principal do trabalho é a análise de sobreconsumo de concreto onde há estacas do tipo hélice contínua monitorada.
Os blocos 5 (cinco) ao 30 (trinta) totalizam 1013 (mil e treze) estacas, que variam de 11 a 32,09 metros de profundidade, e de 30 cm a 50 cm de diâmetro.
Figura 12 – Visão geral do terreno
Fonte: Autora, 2018.
4.1.1 Locação dos pilares
Para a locação dos pontos de fundação, foram consultados os projetos estruturais de locação e cargas dos pontos de fundação. As estacas de maiores diâmetros (40cm e 50cm) foram necessárias, segundo o projetista, para enrijecer os elementos de fundação em função da proximidade com talude.
4.1.2 Equipamentos, controle de execução e qualidade
Durante a execução da fundação, houve consultoria geotécnica por uma empresa terceirizada. Os equipamentos utilizados tiveram capacidade de perfuração de 35 metros, para atender a todo furo sem a retirada da hélice para alívio de atrito.
As estacas foram monitoradas (equipamentos dotados de computador de bordo para aferição de profundidade, velocidade de avanço, pressão de torque, volume de concreto). A empresa responsável pela obra consultou a aferição dos equipamentos utilizados e se estavam em perfeito estado de funcionamento antes da utilização do mesmo.
Todos os controles de qualidade foram realizados.
Os dados de execução, como data de execução, diâmetro da estaca, profundidade final, torque na profundidade de paralisação, volume de concreto foram registrados pela empresa responsável pela obra para a análise da consultoria geotécnica.
Após o término das estacas foi feita a verificação das excentricidades de execução e enviadas ao projetista.
4.1.3 Concretagem e armação
O concreto utilizado em toda fundação foi com fck de 20Mpa, com “slump test” de 22±3cm. Foi utilizado bomba estacionária para o concreto, sendo ajustada anteriormente a frequência de bombeamento do mesmo pelo executor de fundações.
As armaduras foram instaladas imediatamente após o término da concretagem, utilizando aço CA50. Foram utilizados enrijecedores para não comprometer o cobrimento mínimo da armadura de 7cm. A Figura 13 mostra a estaca PF 1 em processo de colocação da armadura.
Figura 13 – Colocação da armadura
4.2 ENSAIOS SPT
A investigação geotécnica do local foi realizada com dois ensaios do tipo SPT do terreno. A primeira foi no ano de 2014, com 5 (cinco furos) de sondagem a percussão; a segunda foi no ano de 2016, com 19 furos de sondagem a percussão. Os ensaios foram realizados conforme o mapa de locação de sondagem mostrado na Figura 14, que foi extraída do Projeto de Locação de Sondagem (Anexo B). Considerar legenda do anexo para identificação das sondagens.
Figura 14 – Localização dos furos de sondagem a percussão
5 ANÁLISES E RESULTADOS
Neste tópico será apresentado o método de análise da obra investigada e os resultados obtidos. Como base de estudo foram utilizados os relatórios de sondagem do tipo SPT, projeto de locação dos furos de ensaio, projeto de locação dos pontos de carga, e planilhas com a coleta de dados para controle de obra e análise mais clara dos mesmos, contendo: data da perfuração da estaca, diâmetro, profundidade, número de nota fiscal do concreto utilizado para controle de qualidade, slump, torque final, cálculo de volume teórico com comparativo do volume real de concreto utilizado - de acordo com a profundidade executada, e não de projeto - percentual de overbreak, diâmetro e comprimento da armação além, do número de identificação de cada uma conforme projeto de locação de cargas. Paralelo à planilha de controle com todos estes dados, foi feita a análise dos ensaios SPT.
5.1 ANÁLISE DO SPT E DIVISÃO DE GRUPOS
Ao analisar os ensaios de sondagem, percebeu-se primeiramente três tipos de comportamento do número de golpes de acordo com a profundidade. Em seguida, observou-se que os ensaios da empresa X responsável pelo ensaio de 2014, e da empresa Y responsável pelo ensaio do ano de 2016, havia discordância quanto ao tipo de solo do terreno, mesmo que tenham sido feitos em pequena distância um do outro.
A primeira apresenta 9 (nove) tipos de solo, com variação de cor, compacidade ou resistência:
Solo argiloso, plástico, pouco arenoso;
Solo siltoso;
Solo residual com alteração de rocha, silto-arenoso;
Solo areno-siltoso, granulometria média grossa;
Solo arenoso, pouco argiloso, granulometria média fina;
Solo residual com fragmento de rocha alterada, areno-siltoso, granulometria média fina;
Solo residual com alteração de rocha, silto-argiloso, pouco arenoso;
Solo areno-siltoso, granulometria média fina.
A segunda apresenta 5 (cinco) tipos de solo, com variação de cor, compacidade ou resistência:
