Prova de Carga Estática em Estacas Pré-moldadas na cidade de Sinop - MT
Static Loading Tests in Concrete Drive Pile located at Sinop - MT
Maurício Bertuol1, Augusto Romanini2
Resumo: A fundação é uma parte essencial da construção e é o elemento responsável por transmitir todos os esforços das edificações ao solo. O aumento do uso de fundações profundas nas últimas décadas no Brasil tem elevado a necessidade de estudos que aprimorem suas características e técnicas construtivas, a fim de garantir que as obras projetadas e executadas suportem as exigências de cargas cada vez maiores e atendam as condições mínimas de segurança, funcionalidade e durabilidade quando submetidas as ações das cargas em serviço. O solo de Sinop - MT possui uma característica areno-siltosa, com baixa resistência de suporte, tendo uma limitação técnica por soluções com fundações rasas. Dessa forma, avaliou-se o comportamento de uma estaca pré-moldada de concreto com seção de 23 x 23 cm, submetida a um ensaio de prova de carga estática, e analisou-se o seu comportamento. Após o ensaio, averiguou-se que as estimativas de cargas são próximas com os valores de prova de carga estática, em termos da capacidade de carga. A carga de ruptura para uma estaca de 6 m de comprimento foi de 120 kN. Analisando-se os resultados, constatou-se que os métodos de cálculo propostos por Aoki-Velloso (1975) e Décourt-Quaresma (1978) superestimam os valores para o município de Sinop - MT. Palavras-chave: Prova de carga estática; instrumentação; concreto; Sinop – MT.
Abstract: The foundation is an essential part of the building and it is the element responsible for transmitting all the efforts of the buildings to the ground. The increase in the use of deep foundations in the last decades in Brazil has raised the need for studies that improve their characteristics and constructive techniques in order to ensure that the projected and executed works support the demands of increasing loads and meet the minimum conditions of safety, functionality and durability when submitted to the actions of the cargoes in service. The soil in Sinop - MT has a sand-silt characteristic, with low support resistance, having a technical limitation by solutions with shallow foundations. In this way, the behavior of a pre-cast concrete stake with a section of 23 x 23 cm was evaluated, subjected to a static load test, and its behavior was analyzed. After the test, it was found that the load estimates are close to the static load test values in terms of the load capacity. The bursting load for a 6 m long pile was 120 kN. Analyzing the results, it was verified that the calculation methods proposed by Aoki-Velloso (1975) and Décourt-Quaresma (1978) overestimate the values for the municipality of Sinop-MT.
Keywords: Static Loading Tests; instrumentation; concrete; Sinop – MT. 1 Introdução
A fundação é uma parte essencial da construção e é o elemento responsável por transmitir todos os esforços das edificações ao solo. Por isso, é de extrema importância que haja uma investigação e uma análise acertada do projeto em relação ao comportamento do solo e ao tipo de fundação a utilizar. Os principais tipos de fundação são as sapatas e as estacas, podendo ser divididas em dois grupos: as fundações rasas e as fundações profundas.
Segundo Alonso (1991), o aumento do uso de fundações profundas nas últimas décadas no Brasil tem elevado a necessidade de estudos que aprimorem suas características e técnicas construtivas, a fim de garantir que as obras projetadas e executadas suportem as exigências de cargas cada vez maiores e atendam as condições mínimas de segurança, funcionalidade e durabilidade quando submetidas as ações das cargas em serviço.
O uso de fundação profunda é indicado para locais onde os solos superficiais são pouco resistentes, pois a finalidade desse tipo de fundação é transferir as cargas provenientes da estrutura para solos mais profundos, que normalmente são mais resistentes. O ensaio que permite conhecer o comportamento do solo quanto à capacidade de suporte é a prova de carga. Segundo Albuquerque (2001), o que justifica a necessidade da utilização deste ensaio é a dificuldade
em entender o mecanismo de distribuição de carga e avaliar com precisão a carga de ponta e a distribuição do atrito lateral. Além disso, a necessidade de se conhecer as propriedades do solo onde as fundações serão construídas, a alteração das condições iniciais provocadas pela execução das estacas e o comportamento complexo do conjunto estaca-solo também explica o uso do ensaio de prova de carga. Ainda com relação aos estudos na fase de projeto, a própria NBR 6122 (ABNT, 2010) exige que seja conhecida a natureza do solo através de ensaios geotécnicos de campo, tais como as sondagens de simples reconhecimento, conforme preconiza em seu subitem 4.3.2. O ensaio do tipo SPT (Standard Penetration Test, traduzido para o português como Ensaio de Penetração Padrão) é executado de acordo com a NBR 6484 (ABNT, 2001).
De acordo com Soares e Weber (2013), o solo de Sinop - MT possui uma característica areno-siltosa, com baixa resistência de suporte, tendo uma limitação técnica por soluções com fundações rasas
Através de ensaios com sondagem a percussão (SPT), verificou-se que o solo do município de Sinop-MT é um solo pouco resistente (Soares e Weber, 2013). Pinto (2012) e Soares e Weber (2013) descrevem que o solo tem pouca capacidade de suporte, com tensão admissível próxima à 50 kN/m² e lençol freático raso, por volta de 2,50 m na época da estiagem e 0,80 m em períodos chuvosos.
Ressaltando assim, que a solução mais adequada em grandes estruturas em Sinop - MT é a utilização de
1Graduando em Engenharia Civil, UNEMAT, Sinop, MT, Brasil, E-mail ([email protected])
2Engenheiro Civil, Professor, UNEMAT, Sinop - MT, Brasil, E-mail ([email protected])
fundações profundas. Apesar disso, é corriqueira a utilização de fundações rasas no município, tipo de fundação que é pouco recomendado para tal tipo de solo, sendo frequente o emprego de sapatas de amplas dimensões com consequentes concentrações de tensão e recalques diferenciais, que causam trincas nas edificações.
Dessa forma, o estudo foi feito para avaliar-se o comportamento de uma estaca pré-moldada submetida a um ensaio de prova de carga estática, onde foi analisado o seu comportamento. Inicialmente estimou-se as cargas últimas por métodos estimou-semi-empíricos. Após o ensaio, foi analisado se as estimativas de cargas são próximas aos valores de prova de carga estática, e encontrou-se um Fator de Segurança (FS) que mais se aproxime com comportamento do solo encontrado no município, em termos da capacidade de carga e recalque em estacas.
O objetivo geral deste trabalho foi estimar a capacidade de carga dos métodos semi empíricos de Aoki-Velloso (1975) e Décourt-Quaresma (1978) e correlacioná-los com os resultados advindos dos ensaios de Prova de Carga Estática em estacas do tipo Pré-Moldada executadas na cidade de Sinop, Mato Grosso. Os objetivos específicos desta pesquisa foram: estimar a carga de ruptura de uma estaca pré-moldada, executada na cidade de Sinop, Mato Grosso; apresentar as estimativas de carga utilizando os métodos para previsão de carga última em testes de capacidade de carga estática; determinar qual a carga de ruptura, realizando uma checagem das estimativas; determinar o comportamento carga x deslocamento de um elemento de fundação e comparar valores obtidos com métodos de previsão de carga semi-empíricos com valores obtidos em prova de carga estática. 1.1 Fundação
Sales (2000) define fundação como um conjunto de elementos estruturais responsáveis por transferir ao solo o acréscimo de carga proveniente de uma obra. Milititsky et al. (2008) ainda alegam que o comportamento deste conjunto está diretamente ligado ao que acontece com o solo quando submetido ao carregamento através dos elementos estruturais das fundações.
Segundo Cintra e Aoki (2011), os diferentes tipos de fundação são agrupados em superficiais e profundas: levando em conta a profundidade da ponta ou a largura da base.
1.1.1 Fundação Profunda
Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), este tipo de fundação consiste em um elemento que transmite a carga ao terreno pela base, pela superfície lateral ou por uma combinação das duas, e que está estável em profundidade superior a duas vezes ao seu menor comprimento em planta, e no mínimo 3 metros. Na Figura 1, pode-se ver a esquematização de uma fundação profunda. As estacas, os tubulões e os caixões são classificados como fundações profundas.
Figura 1 – Transferência de carga em uma estaca. Fonte: Alonso, 2001.
1.2 Capacidade de carga de um solo
De acordo com a NBR 6122 (ABNT, 2010), a carga de ruptura em estacas pode ser determinada por métodos estáticos, dinâmicos e provas de carga.
Dentre os métodos mais conhecidos para se estimar as cargas admissíveis em estacas podemos citar os métodos semi-empíricos de Aoki & Velloso (1975) e de Décourt & Quaresma (1978), além da utilização de provas de carga.
Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), a tensão admissível direta é a tensão aplicada ao solo que provoca apenas recalques que a construção pode suportar, oferecendo segurança satisfatória contra a ruptura ou o escoamento do solo ou do elemento estrutural.
1.2.1 Método Aoki-Velloso (1975)
Em 1975, foi introduzido o método de Aoki-Velloso. Desde então, este método vem sendo amplamente empregado tanto em meio acadêmico quanto comercial.
Tal método calcula a carga última das estacas em função do tipo de solo e do tipo de estaca. A carga última mostrada pela Equação 1 é dada em função das parcelas de atrito lateral e ponta.
𝑅 =
𝐾. 𝑁
𝐹
. 𝐴 +
𝑈
𝐹
. Σ (𝛼. 𝐾. 𝑁 . Δ𝑙)
Equação 1 - Método Aoki-Velloso
Sendo:
K - depende do solo (Mpa);
Np - índice de resistência à penetração na cota de apoio do elemento estrutural de fundação;
F1 e F2 - são coeficientes de transformação que englobam o tipo de estaca;
U - perímetro da seção transversal do fuste (m); Nl - índice de resistência à penetração médio na camada de espessura Δl, obtidos através da sondagem mais próxima;
Δl - espessura da camada (m); α - é em função do tipo do solo (%).
Na Tabela 1, é possível observar os coeficientes K e α de determinados tipos de solo.
Tabela 1 - Coeficiente K e α
TIPO DE SOLO K (Mpa)
Areia 1 1,4 Areia siltosa 0,8 2 Areia silto-argilosa 0,7 2,4 Areia argilosa 0,6 3 Areia argilo-siltosa 0,5 2,8 Silte 0,4 3 Silte arenoso 0,55 2,2 Silte areno-argiloso 0,45 2,8 Silte argiloso 0,23 3,4 Silte argilo-arenoso 0,25 3 Argila 0,2 6 Argila arenosa 0,35 2,4 Argila areno-siltosa 0,3 2,8 Argila siltosa 0,22 4 Argila silto-arenosa 0,33 3
Fonte: Aoki e Velloso (1975)
Foram considerados pelos autores os coeficientes F1 e F2, e estes foram definidos para se ponderar as diferenças de comportamento entre a estaca (protótipo) e o cone (modelo). Na Tabela 2 verificam-se os valores dos coeficientes de transformação, e de acordo com o tipo de estaca.
Tabela 2 - Coeficiente F1 e F2 TIPO DE ESTACA F1 F2 Franki 2,5 5 Metálica 1,75 3,5 Pré-moldada 1,75 3,5 Escavada 3 6
Raiz ou hélice contínua 2 4
Fonte: Aoki e Velloso (1975)
Fazendo todo o processo de cálculo é possível encontrar a carga total na ruptura, que é o somatório das resistências laterais e de ponta. O valor da carga admissível deve ser o menor valor encontrado através da Equação 2.
𝑃
≤
𝑅
2
Equação 2 - Carga Admissível
Sendo:
R – capacidade de carga de um elemento isolado obtida pela equação 01 (kN).
De acordo com Velloso-Lopes (2010), esta metodologia empírica foi desenvolvida para uma determinada região geotécnica, portanto deve ser utilizada com cautela em outras regiões com o intuito de se obter uma maior confiabilidade nos resultados. 1.2.2 Método Décourt-Quaresma
Foram realizados vários aprimoramentos com o objetivo de se adequar a outros tipos de estacas e ensaios. Esse método foi originalmente estabelecido para estacas de deslocamento, inclusive, sendo recentemente adequado para utilizar os resultados do ensaio SPT, através do conceito de N e N equivalente. De acordo com Décourt (1991), N é definido como o valor do torque, em kgf.m, dividido por 1,2. Para ser utilizado por outros tipos de estacas e mais recentemente difundidas, o método foi estendido por Décourt et al. (1996) e, para isso, foram acrescentados dois coeficientes de ponderação, os parâmetros e valores de majoração ou minoração da ponta e do atrito lateral, respectivamente.
A carga última corresponde à somatória das parcelas do atrito lateral e da resistência de ponta da estaca, conforme Equação 3.
𝑅 = 10.
𝑁
3
+ 1 . 𝑆 + 𝐶. 𝑁 . 𝐴
Equação 3 - Método Décourt-Quaresma
Sendo:
𝑁 – valor médio do índice de resistência à penetração do SPT ao longo do fuste (valores entre 3 e 15); 𝑆 – Área lateral da estaca (m²);
C – fator característico do solo; (kPa);
𝑁 – valor médio do índice de resistência à penetração na ponta ou na base do elemento estrutural de fundação.
Tabela 3 - Coeficiente C do solo
TIPO DE SOLO C (kPa)
Argila 120
Silte Argiloso* 200
Silte Arenoso* 250
Areia 400
*Alteração de rocha (solos residuais).
Fonte: Décourt-Quaresma.
O coeficiente C (Tabela 3) deve ser avaliado considerando o tipo de solo encontrado no local em análise.
Fazendo todo o processo de cálculo é possível, encontrar a carga total na ruptura, que é o somatório das resistências laterais e de ponta. A carga admissível deve ser obtida através do menor valor encontrado da Equação 4.
𝑃
≤
𝑅
2
𝑅
1,3
+
𝑅
4
Equação 4 - Carga Admissível
2 Metodologia
Para realização deste trabalho foram executadas 02 (duas) provas de carga sobre estacas pré-moldadas com dimensões de 23x23 cm, ambas com comprimento de 6 metros de profundidade, conforme procedimento descrito a seguir. Uma das estacas foi cravada com areia nas bordas, consideraremos como Estaca A, e a outra estaca foi cravada sem utilização da areia, Estaca B.
2.1 Localização do Ensaio
O ensaio foi realizado no campo experimental do campus universitário Aquarela das Artes da UNEMAT (Universidade do Estado de Mato Grosso) situado no município de Sinop - MT, situa-se a 481 km da capital, Cuiabá, o relevo é predominante plano e, em alguns locais, o nível de água se encontra muito próximo a superfície. A Figura 2 indica o local da execução da prova de carga.
Figura 2 - UNEMAT campus Aquarela Sinop - MT. Fonte: Google Maps, 2019.
2.2 Equipamentos e Materiais 2.2.1 Ensaios Preliminares
Para obtenção dos dados geotécnicos, analisou-se um ensaio SPT (Standard Penetration Test) da região estudada.
2.2.2 Dimensionamento do Ensaio
O sistema de reação e a capacidade de carga da estaca foram dimensionados através dos métodos de cálculo conhecidos como Décourt-Quaresma e Aoki-Velloso.
2.2.3 Cravação da Estaca Pré-Moldada
O processo de cravação se iniciou com o posicionamento do bate-estaca sobre uma pequena estaca de madeira, e aprumou-se o sistema. O conjunto formado pelo martelo e o capacete metálico foi colocado no topo da estaca até que se encaixasse perfeitamente, conforme visto na Figura 3.
Figura 3 - Cravação da estaca com auxílio do bate estaca. Fonte: Acervo particular, 2018.
Após esta operação, controlou-se o prumo da estaca com um prumo de face e iniciou-se então o processo de cravação propriamente dito.
2.2.4 Montagem e concretagem do bloco de coroamento
Após a cravação das estacas, foi construído um bloco de concreto (Figura 4) com armadura.
Figura 4 - Esquema da montagem dos blocos. Fonte: Acervo particular, 2017.
Na Figura 5, observa-se a concretagem do bloco de coroamento, que foi executado com dimensões de 0,53 x 0,53 metros e altura de 0,60 metros, para servir de apoio para a instrumentação da prova de carga.
Figura 5 – Concretagem do bloco de coroamento. Fonte: Acervo particular, 2018
2.2.5 Sistema de reação e Aplicação de Carga Como sistema de reação foi utilizado um caminhão basculante carregado com cascalho pesando 23 toneladas.
Segundo a NBR 12131 (ABNT, 2006), ao se realizar as provas de carga, obrigatoriamente devem ser medidas as aplicações de carga, através de um conjunto formado por macaco hidráulico, bomba e manômetro, que devem estar calibrados de acordo com alguma entidade reconhecida pelo INMETRO. Observa-se na Figura 6 como foi a aplicação de carga e os componentes utilizados neste sistema.
Figura 6 – a: macaco hidráulico. b: réguas de referência; c: extensômetros
. Fonte: Acervo particular, 2018.
A aplicação do carregamento foi realizada utilizando um macaco hidráulico com manômetro (Figura 6.a) de capacidade para 200 kN (20 ton.). Ainda segundo a NBR 12131 (ABNT, 2006), o sistema de aplicação de carga deve ser instalado de modo que a carga aplicada atue na direção desejada. Foram utilizadas duas réguas de alumínio (Figura 6.b) e o um conjunto de três extensômetros, um central, e dois em cada
extremidade na face frontal do bloco de coroamento, conforme a Figura 6.c
Os extensômetros também foram utilizados como instrumentação nas estacas. A Figura 7 mostra um dos extensômetros utilizados no ensaio de prova de carga. Foi utilizado um extensômetro de relógio de 25 mm (central) e dois com leitura máxima de 10 mm (extremidade).
Figura 7 - Extensômetro. Fonte: Acervo particular, 2018.
Ainda segundo a NBR 12131 (ABNT, 2006), os deslocamentos na estaca devem ser medidos através dos extensômetros mecânicos. E devem permitir leitura direta de 0,01mm.
2.3 Determinação da tensão admissível estimada Os resultados da prova de carga foram analisados e comparados com os métodos de dimensionamento e previsão de carga semi-empíricos obtidos a partir dos métodos de Aoki & Velloso (1975) e de Décourt & Quaresma (1978, 1996). Estimando-se assim, a carga de ruptura de uma estaca pré-moldada.
Para a estimativa da tensão admissível, foram utilizados resultados médios de ensaios de SPT e DPL, realizados em uma obra próxima ao local do ensaio. O valor obtido do DPL, foi correlacionado ao SPT utilizando a correlação proposta por Aguiar et al. (2017). A expressão proposta que correlaciona solos finos de baixa e média plasticidade acima do nível d’água quando 2 ≤ N10 ≤ 30 com o SPT é apresentada na Equação 5.
𝑁
= 0,6𝑥𝑁
Equação 5 - Correlação solos finos
Sendo:
N10 – a mediana das medidas de cada metro ensaiado. 2.4 Estimativa da capacidade de carga para a definição dos estágios de carregamento
Foi utilizado o resultado obtido pelo método semi-empírico conhecido como Aoki-Velloso, com base nesse resultado e baseado no macaco hidráulico utilizado no ensaio, foi possível definir os estágios de carregamento. O macaco possibilitava o incremento de carga de 10 kN até 50 kN, conforme o manômetro. Com base em uma carga de ruptura média 160 kN, obtida b
b
a c
através dos métodos semi-empíricos, estipulou-se intervalos de carregamento. A Tabela 4 apresenta os valores estimados e os valores executados para as duas estacas ensaiadas.
Tabela 4 - Estágios de Carregamento
Carregamento (kN) Estimado Estaca A Aplicado Estaca B Aplicado
0 0 0 10 10 10 20 20 20 40 30 30 60 40 40 80 50 50 100 60 60 120 - 90 140 - 120 160 - -
. Fonte: Acervo particular, 2019.
Os estágios de carregamentos foram ajustados no decorrer do ensaio. Os estágios descarregamentos foram condicionados ao momento do ensaio. 2.5 Execução da Prova de Carga
De modo geral, a prova de carga estática representa melhor a forma de carregamento a qual a fundação será solicitada, entretanto é um ensaio que exige um grande sistema de reação, o que pode encarecer a sua execução (MAGALHÃES, 2005).
A execução da prova de carga estática foi do tipo lenta, e seguiu o método apresentado na NBR 12131 (ABNT, 2006). Para a realização de tal ensaio, foi colocado o caminhão basculante sobre o conjunto bloco-estaca, conforme apresentado na Figura 8. Sobre a estaca, no bloco de coroamento, foram instalados o macaco hidráulico, os extensômetros e o manômetro para a medição da carga aplicada. Após a instalação dos materiais necessários, iniciou-se a prova de carga.
Figura 8 - Estrutura montada para leitura dos extensômetros. Fonte: Acervo particular, 2018.
O carregamento na estaca foi realizado em estágios de mesma intensidade, tomando o devido cuidado para que a carga aplicada em cada estágio não fosse superior a 20% da carga de trabalho prevista para a estaca ensaiada, e em cada estágio de aplicação de carga, esta foi mantida até a estabilização dos deslocamentos e, no mínimo, 30 minutos.
Em cada estágio, os deslocamentos foram lidos imediatamente após a aplicação de carga, e foram realizadas leituras decorridas 2 min, 4 min, 8 min, 15 min, 30 min e de hora em hora até que os deslocamentos se estabilizem. Foi considerado estabilizado a partir do momento em que a diferença entre duas leituras consecutivas dos recalques correspondesse a no máximo 5% do deslocamento no mesmo estágio.
O descarregamento foi feito em no mínimo quatro estágios, mantendo até a estabilização dos deslocamentos com registros mantendo os critérios de tempo estabelecidos acima.
As leituras dos carregamentos continuaram após o descarregamento total, até que ocorresse a estabilização.
Quando ocorresse a nítida ruptura do sistema solo-estaca, ou seja, o recalque se tornasse incessante para um mesmo valor de tensão aplicada, foi considerada definida a capacidade de carga.
2.6 Extrapolação da curva carga x recalque
O método de Van der Veen (1953) supõe que a curva carga-recalque seja representada por uma função exponencial conforme a Equação 6.
𝑄 = 𝑄
𝑥(1 − 𝑒
)
Equação 6 - Curva carga x recalque
Sendo:
Q – carga vertical aplicada em determinado estágio de carregamento;
r – é o correspondente recalque medido no topo da estaca;
α – é um coeficiente que define a forma da curva. Verifica-se geralmente que os mesmos não estão totalmente alinhados e que a melhor reta ajustada por estes pontos apresenta um intercepto linear ou, alternativamente, o ajuste consiste de dois segmentos de reta, com o primeiro deles passando pela origem. Em vista deste comportamento, uma alteração na equação da curva pode ser feita,
𝑄 = 𝑄
𝑥(1 − 𝑒
)
Equação 7 - Extrapolação curva carga x recalque
Sucessivos valores dos coeficientes α e β são estimados considerando-se diferentes valores de
𝑄 = 𝑄 + ∑ ∆𝑥𝑄 , onde ΔQ são pequenos
incrementos de carga, da ordem por exemplo de 0,5% Qmax, onde Qmax representa o maior valor da carga aplicada no ensaio em campo.
Por regressão linear, são calculados uma série de conjuntos de valores α e β, um para cada valor de Qult considerado, selecionando-se aquele que apresentar o melhor coeficiente de correlação R². A curva carga x recalque pode ser extrapolada com base na Equação 7.
2.7 Método da Norma Brasileira NBR 6122
Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), nos casos em que não há uma clara identificação da ruptura durante a execução da prova de carga, aconselha-se um
procedimento similar ao método de Davisson (1972), onde é estimado o valor da carga limite na interseção da curva carga x recalque com a reta definida pela Equação 8.
𝑟 =
𝑄𝑥𝐿
𝐴𝑥𝐸
+
𝐷
30
Equação 8 - Curva carga x recalque ABNT
Sendo:
L - comprimento total da estaca; A - área da seção transversal da estaca; E - módulo de elasticidade da estaca;
D - diâmetro do círculo circunscrito à estaca (em mm). 3 Resultados
3.1 Perfil geotécnico e geológico
A análise dos gráficos mostrados na Figura 9 e Figura 10 deixa evidente a necessidade da realização de ensaios de caracterização geotécnica do município. Demonstra-se a importância de se analisar e executar ensaios específicos para o local em que a obra será realizada. Assim, a estrutura pode ser dimensionada para o perfil do solo ao qual ela está apoiada, podendo resultar em economia no caso de a estrutura estar superdimensionada, e uma maior confiabilidade.
Figura 9 – Sondagens representativas utilizadas no procedimento de cálculo. Fonte: Acervo Pessoal,2019
A Figura 9 mostra uma grande variabilidade obtida em ensaios de sondagem realizados em pontos próximos ao local do ensaio. É interessante observar que os ensaios nessa região apresentam um número NSPT um pouco superior a compilação de ensaios realizada por Assis e Benatti (2014). Também é possível notar que a média apresentada dos dois ensaios tem um valor abaixo dos valores obtidos na região em estudo. Percebe-se que a utilização da média dos valores de SPT’s nem sempre é confiável, já que pode apresentar grande diferença do valor real encontrado no local a ser executada a obra. Portanto, para os casos em que não for possível a realização do SPT específico, pode ser feito o ensaio DPL, já que este é um ensaio de custo mais baixo que o SPT.
A Figura 10 apresenta uma correlação feita com base em um ensaio DPL na região do ensaio, mostrando dois ensaios SPT’s realizados em regiões próximas. Pode-se perceber que a correlação DPL se aproxima muito do valor encontrado na região. Assim, percebe-se que o DPL, por percebe-ser um ensaio mais simples e barato, se mostrou bastante eficiente neste caso, visto que para um NSPT <5, a sensibilidade dos resultados obtidos é menor.
Figura 10 – Sondagens SPT e correlação com o Ensaio DPL. Fonte: Acervo Pessoal,2019
N.A Médio - Assis e Benatti - 2014
N.A SPT - Aquarela das Artes N.A SPT - Carpe Diem 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 5 10 15 20 25 P ro fu nd id ad e (m ) Número de Golpes ( NSPT) SPT - Aquarela SPT - Carpe Diem Média
N.A Médio - Assis e Benatti - 2014
N.A SPT - Carpe Diem
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 5 10 15 20 25 P ro fu nd id ad e (m ) Número de Golpes ( NSPT) SPT - Aquarela SPT - Carpe Diem Correlação DPL
Para efeito de cálculo, foram utilizados os três resultados obtidos através do SPT - Aquarela individualmente (SP01, SP02 e SP03) e o ensaio correlacionando os valores obtidos no DPL.
3.2 Resultados via métodos semi-empíricos
A Tabela 5 mostra os resultados após o cálculo da capacidade de carga de estacas pelos métodos Aoki-Velloso (1975) e Décourt-Quaresma (1978).
Foram verificados nos métodos, cálculos considerando apenas o atrito lateral das estacas, atrito de ponta das estacas e a soma dos dois atritos. Com isso, temos os valores obtidos exemplificados.
Tabela 5 - Valores obtidos por métodos semi-empíricos
MÉTODO FURO (kN) Ql (kN) Qp Qult (kN) Qadm (kN) AOKI-VELLOSO (1975) SP01 122 81 203 102 SP02 103 36 139 70 SP03 103 54 157 79 DPL* 100 45 145 72 Média 81 DÉCOURT-QUARESMA (1978) SP01 174 48 223 112 SP02 156 38 194 97 SP03 156 63 220 110 DPL* 153 33 187 94 Média 106
Fonte: Acervo particular, 2019. Nota: DPL*: correlação pelo DPL
Onde:
Ql: carga lateral na ruptura (kN); Qp: carga de ponta na ruptura (kN); Qult: carga total na ruptura (kN).
Na análise dos resultados analíticos, notou-se, que por meio da formulação de Aoki e Velloso (1975), os resultados da carga lateral representam em média um pouco mais que 2 vezes o valor da carga de ponta da estaca.
Em contrapartida, no método de Décourt e Quaresma (1978), nota-se a maior parcela de contribuição pelo atrito lateral, sendo em média 3,5 vezes maior que a parcela do atrito de ponta.
Para efeitos de comparação, a carga de trabalho assumida para as estacas foi o valor obtido do método Aoki-Veloso. O valor médio obtido foi de 81 kN. A carga de ruptura assumida para análise foi de 160 kN. 3.3 Resultado obtidos através de dados experimentais Os valores de carga última verificados com a realização do ensaio de prova de carga estática para a Estaca A e Estaca B, foram respectivamente 60 kN e 120 kN. O carregamento máximo aplicado em cada estaca pode ser verificado nas Figura 11 e Figura 12.
A Figura 11 e a Figura 12 apresentam os resultados da prova de carga de cada estaca ensaiada até ruptura, definida pelo emprego da NBR 6122 (ABNT, 2010), ou seja, as curvas carga-recalque (carga aplicada x deslocamento) das duas estacas ensaiadas.
Figura 11 – Estaca A
Figura 12 - Estaca B
Por questões de ensaio, observa-se que em nenhuma das duas estacas foi carregada ao valor de duas vezes a carga de trabalho estipulada, dessa forma utilizou-se as técnicas de extrapolação das curvas para estipular a carga de ruptura. Utilizou-se o critério da ABNT (2010) e a extrapolação pelo método de Van der Veen. 3.4 Extrapolação pelo método Van der Veen comparando com método da ABNT
Durante a realização do ensaio, a partir de determinado momento, ao se aplicar carga, os valores de deformação não se alteravam. Este foi considerado o critério de parada do ensaio da prova de carga. Como não houve uma clara identificação da ruptura das estacas ensaiadas, fez-se necessária a utilização da Extrapolação pelo Método de Van der Veen para verificar se a curva carga-recalque intercepta no mesmo ponto da reta proposta pela NBR 6122 (ABNT, 2010), em ambos ensaios.
As Figura 13 e na Figura 14 apresentam a extrapolação de Van der Veen e a aplicação do critério da ABNT (2010). O intercepto entre os dois foi assumido como carga de ruptura das estacas. Cabe ressaltar que fica claro que a transferência de carga nos dois casos ocorre no âmbito lateral, ou seja, apenas no fuste, pois após ultrapassar a carga de 30 kN (Estaca A) e 40 kN (Estaca B), as deformações tornam-se excessivas com pequenos acréscimos de carga.
Para a análise, assumiu-se que apenas a carga lateral estava sendo mobilizada, visto que a parcela de ponta, nos métodos semi-empíricos deveria contribuir com quase 1/3 do carregamento. 0,0 0,4 0,8 0 20 40 60 80 R e ca lq u e ( m m ) Carga (kN) Média Carregamento Média Descarregamento 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 0 25 50 75 100 125 150 R e ca lq u e ( m m ) Carga (kN) Média Carregamento
Figura 13 – Extrapolações Estaca A – Com Areia
Conforme apresentado na Figura 13 e na Figura 14, analisando o intercepto após a extrapolação proposta, é possível perceber que os valores nas duas provas de carga são próximas nos dois casos.
Os dois ensaios mostram a mesma inclinação de reta, mostrando que para os dois casos o mesmo comportamento. Ou seja, o fato de uma estaca ter sido cravada com areia, tem uma colaboração apenas construtiva e não cria nenhum tipo de atrito lateral extra. Pode – se observar que nas duas estacas o trecho referente ao inicio da plastificação da ponta possuem praticamente a mesma inclinação ao observar a extrapolação de Van der Veen, ou seja, a existência de areia em uma das estacas não corrobora com a resistência mensurada.
Observa-se que para as duas estacas, devido ao comportamento semelhante de inclinação, a carga de ruptura encontrada pela extrapolação foi próxima de 120 kN para a estaca A, e 95 kN para a Estaca B, o valor médio obtido foi de 107,5 kN A ABNT (2010) permite que, com a realização de ensaios de prova de carga, aplique-se um Fator de Segurança de 1,6 para determinar a carga de trabalho da estaca. Nesse caso, a carga de trabalho obtida a partir da prova de carga foi de 67 kN. Com este resultado, conduziu-se a análise dos valores obtidos pelos métodos semi-empíricos.
Figura 14 - Estaca B - Sem Areia
3.5 Análise de Resultados
Como forma de estudar os resultados obtidos no ensaio de prova de carga, analisou-se os valores obtidos pelos métodos semi-empíricos propostos por Aoki-Velloso (1975) e Décourt-Quaresma (1978), considerando apenas a carga referente ao atrito lateral aplicando o fator de segurança igual a 2, e conduziu-se uma comparação com os resultados obtidos pela extrapolação do Van der Veen, assumindo este como carga resistente real da estaca, como apresenta a Tabela 6.
Tabela 6 - Comparação Métodos Semi-empíricos com Extrapolação Van der Veen
MÉTODO FURO Ql (kN) Van der Veen (VdV) (kN) FS (VdV/ QL) AOKI-VELLOSO (1975) SP01 61,31 67,00 1,09 SP02 51,88 67,00 1,29 SP03 51,88 67,00 1,29 DPL 50,31 67,00 1,33 DÉCOURT-QUARESM A (1978) SP01 87,40 67,00 0,76 SP02 78,20 67,00 0,86 SP03 78,20 67,00 0,86 DPL 76,67 67,00 0,87
Fonte: Acervo particular, 2019.
y = 0,1x - 3,6156 R² = 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 50 100 150 R e ca lq u e ( m m ) Carga (kN) Média do Carregamento Van der Veen
ABNT (2010)" Linear (Van der Veen )
y = 0,138x - 5,2356 R² = 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 50 100 150 R e ca lq u e ( m m ) Carga (kN) Média do Carregamento Van der Veen
ABNT (2010)" Linear (Van der Veen)
Analisando os resultados mostrados na Tabela 6, pode-se perceber que os valores de carga lateral propostos por Aoki-Velloso (1975) e Décourt-Quaresma (1978), se aproximam do valor obtido pela extrapolação. A diferença do valor médio da carga lateral e a extrapolação encontrada pelos dois métodos são iguais. O que difere uma da outra é que no método Aoki-Velloso o valor encontrado pela extrapolação é maior que a média da carga lateral, sendo o oposto do encontrado pelo Décourt-Quaresma.
Valores obtidos pelo método de Aoki-Velloso (1975) apresentam-se em média 33% menores do que o outro método, mostrando assim ser um método mais conservador para a região analisada.
Analisando os valores das cargas laterais e de ponta obtidas pelos métodos semi-empíricos, percebe-se que para o tipo de solo encontrado na região, a maior parte das cargas é mobilizada basicamente pelo atrito lateral da estaca, desconsiderando o valor de atrito de ponta da estaca.
Outra análise possível é assumir a carga da extrapolação como resistente e a carga lateral da estaca como solicitante. Observa-se nesse caso que nas cargas obtidas para o método de Aoki – Velloso, as resistentes são maiores que as solicitantes, o que não acontece no método Décourt- Quaresma, que apresentam valores de carga solicitante maiores que as resistentes. Sendo assim, observa-se que o método de Décourt – Quaresma superdimensiona a estaca, enquanto o método de Aoki a subdimensiona. 4 Considerações finais
Este trabalho apresentou os dados de um ensaio de prova de carga em estacas do tipo pré-moldada executado no campus Aquarela de Sinop da UNEMAT. Os resultados do ensaio de prova de carga indicam que os métodos de cálculo propostos por Aoki-Velloso (1975) e Décourt-Quaresma (1978) superestimam os valores para o local ensaiado. Sendo que o método proposto por Aoki-Velloso (1975) aparenta ser um método mais conservador se comparado com o método Décourt-Quaresma (1978).
Quando são analisados apenas os valores encontrados pelo atrito lateral, estes ficam relativamente próximos do valor encontrado na extrapolação de Van der Veen. Por atuarem praticamente apenas com o atrito lateral, as estacas em questão são conhecidas como estacas flutuantes. Pode-se constatar com este estudo que a utilização de areia nas bordas das estacas é apenas construtiva, não melhorando assim a resistência delas.
De maneira geral, estacas com pequenos comprimentos podem não apresentar resultados tão satisfatórios para o solo da cidade, visto que as camadas mais próximas da superfície apresentam baixa capacidade de suporte.
Como sugestões para futuros trabalhos, este trabalho abre caminho para que sejam feitos estudos: a) com outros tipos de estacas, analisando a possível diferença de comportamento entre os vários tipos existentes, b) trabalhar com estacas de diferentes comprimentos, considerando que o nosso tipo de solo encontrado, é um solo com baixa capacidade de suporte em pequenas profundidades, c) aumentar o banco de dados de ensaio de provas de carga, o que
pode possibilitar uma análise mais assertiva na nossa região, em diferentes tipos de projeto, d) construir um método específico para determinação de capacidade de carga na região de Sinop – MT.
5 Agradecimentos
Agradeço primeiramente a Deus por guiar meus passos para o melhor caminho. Agradeço aos meus pais e minha irmã que me apoiaram, incentivaram e sempre acreditaram em mim todos esses anos. Agradeço a Luciana Tozzo, pela companhia, carinho e atenção durante todos os anos de graduação. Aos meus amigos que estiveram ao meu lado durante toda a formação acadêmica, agradeço pelo companheirismo, carinho, confiança e apoio, em especial ao Alan Carli de Deus da Silva, Lucas da Conceição Pereira e Lucas Matheus Hara Cesco. Agradeço também a todos os professores desta universidade que fizeram parte da minha graduação, por terem compartilhado o conhecimento e sempre me ajudarem, em especial ao meu orientador prof. Augusto Romanini. Aos colaboradores e contribuintes na aquisição dos materiais e serviços: PROENG – Projetos e Engenharia por ceder o bate-estaca, o Polimix Concreto, por ceder o concreto utilizado no bloco de coroamento, a Construtora Lindóia, por ceder as duas estacas, ao Walter por todo apoio e auxílio nos ensaios. Por fim, à Universidade do Estado de Mato Grosso (UNEMAT) pela oportunidade acadêmica e possibilidade de crescimento intelectual.
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