Eficiência de grupos de estacas: revisão e aplicação dos ...civil.uefs.br/DOCUMENTOS/GIORDANO...

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    UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA

    DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA GRADUAO EM ENGENHARIA CIVIL

    GIORDANO NEPOMUCENO DE CERQUEIRA Eficincia de grupos de estacas: reviso e aplicao dos mtodos em trs tipos de

    fundaes

    FEIRA DE SANTANA 2009

  • 2

    GIORDANO NEPOMUCENO DE CERQUEIRA

    Eficincia de grupos de estacas: reviso e aplicao dos mtodos em trs tipos de

    fundaes

    Orientadora: Prof. Maria do Socorro C. S. Mateus, D.Sc

    FEIRA DE SANTANA

    2009

    Monografia submetida ao corpo docente do Departamento de Tecnologia da Universidade Estadual de Feira de Santana como parte dos requisitos necessrios para a obteno do grau de bacharel em engenharia civil.

  • 3

    GIORDANO NEPOMUCENO DE CERQUEIRA Eficincia de grupos de estacas: reviso e aplicao dos mtodos em trs tipos de

    fundaes Feira de Santana, 21 de agosto de 2009 Aprovada por:

    Prof. Maria do Socorro C. S. Mateus, D.Sc

    Universidade Estadual de Feira de Santana

    Eng. Jonas Madeira Guimares Neto

    Gunitest Fundaes Especiais e Tecnologia Ltda

    Prof. Areobaldo Oliveira Aflitos, M.Sc.

    Universidade Estadual de Feira de Santana

    Monografia submetida ao corpo docente do Departamento de Tecnologia da Universidade Estadual de Feira de Santana como parte dos requisitos necessrios para a obteno do grau de bacharel em engenharia civil.

  • 4

    Dedico este trabalho ao Engenheiro do Universo, Jeov Deus, a seu amado Mestre de Obras, Jesus Cristo, aos meus pais, Joo Lopes e Ana Maria, e ao meu irmo Camilo, que foram a fonte de minhas foras para concretiz-lo.

  • 5

    AGRADECIMENTOS

    Aos meus maiores amigos, Jeov Deus e Jesus Cristo, que me acompanharam nessa longa

    jornada e me deram o apoio necessrio para concluir mais esta etapa.

    Aos meus pais e irmo que me deram apoio material e emocional.

    A professora Maria do Socorro, pela pacincia e orientao.

    Aos meus companheiros de repblica, em especial a Jonas Madeira, que me ajudou na

    confeco desse trabalho, desde a sugesto do tema, fornecimento de material bibliogrfico e

    estgio na empresa de geotecnia (Gunitest) de sua famlia.

    A todos na Gunitest pela contribuio minha formao profissional na rea de geotecnia,

    eng. Aline Cruz, ao eng. Robson Machado, ao encarregado geral Jean Macedo e ao eng.

    Paulo Roberto, por ter me acolhido em sua empresa como estagirio.

  • 6

    RESUMO

    Eficincia de grupos de estacas: reviso e aplicao dos mtodos em trs tipos de fundaes

    Giordano Nepomuceno de Cerqueira

    Agosto/2009

    Orientador: Prof. Maria do Socorro C. S. Mateus, D.Sc

    Programa: Engenharia Civil

    O presente trabalho revisou algumas metodologias existentes para o estudo da

    eficincia de grupos de estacas e fez uma aplicao em trs locais: edifcio comercial em

    Salvador-Ba, com fundaes em estacas raiz, complexo de viadutos em Feira de Santana-Ba

    com fundaes em estacas hlice contnua e So Carlos-SP a partir de dados publicados por

    Silva e Cintra (1996), resultados de testes em campo experimental. Para esse estudo, foram

    coletados parmetros referentes a caractersticas do subsolo, projeto das fundaes, mtodo

    executivo das fundaes adotadas e outros aspectos peculiares de cada local. Realizou-se

    pesquisa sobre o tema em livros, artigos, revistas e em fontes obtidas atravs do acesso

    internet. A partir da reviso bibliogrfica e dos dados coletados, foram aplicados e analisados

    alguns mtodos para verificao da eficincia de estacas em grupos, considerando as

    diferentes caractersticas de cada caso. As anlises mostraram que as equaes existentes para

    o clculo do fator de eficincia de grupo fornecem valores prximos, independente do tipo de

    subsolo e do tipo de fundao.

  • 7

    ABSTRACT

    Giordano Nepomuceno de Cerqueira

    August/2009

    Advisor: Prof. Maria do Socorro C. S. Mateus, D.Sc

    Program: Civil Engineering

    This work studies some methodologies about pile groups efficiency and its application to

    three different situations: a commercial building in Salvador-Ba, using root pile foundations,

    the bridgeways in Feira de Santana-Ba with continuous augered pile foundations and the

    results published by Silva e Cintra (1996) about some tests carried out at the experimental

    field in EESC-USP campus. Some parameters about subsoil characteristics, foundation design

    and the executive method were collected and some peculiarities of each them. It was done a

    review about pile groups efficiency from books, papers, periodic and internet. Based on

    review and collected data, some piles group efficiency methods were applied and analysed,

    considering the different characteristics of the situations. The results showed that the obtained

    values using pile groups efficiency equations are almost the same, in dispite of subsoil or

    foundation characteristics.

  • 8

    LISTA DE FIGURAS

    CAPTULO 2 Figura 1- Bloco de fundao (Tchne, 2004) .........................................................................22

    Figura 2. Sapata isolada (Tchne, 2004) ................................................................................22

    Figura 3. Sapata associada (Tchne, 2004) ............................................................................22

    Figura 4 - Sapata corrida (Tchne, 2004) ...............................................................................22

    Figura 5. Vigas de fundao (http://grupoconstrumont.com.br) ............................................23

    Figura 6. Radier ou placa de fundao (Tchne, 2004) ..........................................................23

    Figura 7. Tubulo a cu aberto e ferramentas utilizadas na execuo (JNIOR, 2007) .......24

    Figura 8. Estaca Strauss e Equipamentos Utilizados na sua Execuo (JNIOR, 2007) .....29

    Figura 9. Estaca Franki e Equipamento de Execuo (JNIOR, 2007) ..............................30

    Figura 10. Tubo-manchete de vlvulas (indicadas pelas setas) mltiplas (AUTOR, 2008)...31

    Figura 11. Fases de execuo das microestacas (LAMARE NETO, 1985, apud BENATI,

    2007) ......................................................................................................................................32

    Figura 12. Interstcio anelar entre revestimento e parede de escavao (AUTOR, 2008) ....36

    Figura 13. Broca tricone (AUTOR, 2007)..............................................................................37

    Figura 14. Martelo de fundo (AUTOR, 2008).......................................................................37

  • 9

    Figura 15. Transpasse de segmentos de armadura (AUTOR, 2007)........................................38

    Figura 16. Demolio da argamassa do topo das estacas (AUTOR, 2007).............................40

    Figura 17. Bloco de coroamento das estacas (AUTOR, 2007)................................................40

    Figura 18. Fatores de capacidade de carga em funo do ngulo de atrito (CAPUTO, 1983)

    ..................................................................................................................................................42

    Figura 19. Ensaio de prova de carga em estaca (AUTOR, 2008)............................................50

    Figura 20. Esquema de prova de carga em estaca (CAPUTO, 1983)......................................51

    CAPTULO 3 Figura 21. Pilar de uma ponte fundada em grupo de 64 microestacas (PRADO, FARIA E

    VAZ, 2009)..............................................................................................................................57

    Figura 22. Bloco confeccionado acima do solo, usual de estruturas marinhas (BRAJA,

    1995)........................................................................................................................................57

    Figura 23. Distribuio de tenses no solo teoria elstica (BELL, 1985).............................58

    Figura 24. Grupo de estacas em planta (BRAJA, 1995)..........................................................59

    Figura 25. Variao da eficincia de grupo em funo de d/D (BRAND et al, 1972, apud

    BRAJA, 1995)..........................................................................................................................61

    Figura 26. Recalque de um grupo de estacas em vrios estgios da carga teste (BRAND et al,

    1972, apud BRAJA, 1995)........................................................................................................62

    Figura 27. Resultados de testes modelos da eficincia de grupo de estacas em areia compacta

    (BRAJA, 1995).........................................................................................................................62

  • 10

    Figura 28 (a). Comportamento de um grupo de estacas, sem elevao do bloco de coroamento,

    em relao mdia do atrito superficial (LIU et al, 1985, apud BRAJA, 1995).....................64

    Figura 28 (b). Comportamento de um grupo de estacas com elevao do bloco de coroamento

    em relao mdia do atrito superficial (LIU et al, 1985, apud BRAJA, 1995).....................64

    Figura 29. Variao da mdia do atrito lateral baseada na localizao da estaca no grupo (LIU

    et al, 1985, apud BRAJA, 1995)...............................................................................................65

    Figura 30. Variao de Nc em funo de H/B (BRAJA, 1995)...............................................66

    Figura 31. Configurao dos grupos (SILVA e CINTRA, 1996).............................................67

    Figura 32. Seo esquemtica da geologia de pequena profundidade em So Carlos

    (BORTOLUCCI, 1983, apud SOARES, 2002).......................................................................67

    Figura 33. Esquema do mtodo de Aoki e Lopes (1975); (a) estaca real e sua modelagem (b)

    modo de diviso das superfcies da base e do fuste (Velloso e Lopes, 2002, apud SANTANA,

    2008)........................................................................................................................................71

    Figura 34. Esquema do mtodo de radier fictcio (Velloso e Lopes, 2002, apud SANTANA,

    2008)........................................................................................................................................73

    Figura 35. Metodologia da estaca equivalente (RANDOLPH, 1994, apud SANTANA,

    2008).......................................................................................................................................74

    Figura 36. bacos de fatores de eficincia apresentados por Fleming et al, 1992, apud

    SANTANA, 2008..................................................................................................................77

  • 11

    CAPTULO 4

    Figura 37. Grfico comparativo da eficincia calculada atravs dos dois mtodos apresentados

    para o grupo de duas estacas..................................................................................................85

    Figura 38. Grfico comparativo da eficincia calculada atravs dos dois mtodos apresentados

    para o grupo de quatro estacas.................................................................................................85

    Figura 39. Grfico comparativo da eficincia real calculada atravs da equao extrada de

    Braja (1995).............................................................................................................................86

    Figura 40. Grfico com resultados de eficincia obtidos por Silva e Cintra (1996), com a

    considerao do bloco de coroamento (pc) e sem a contribuio do mesmo (pc).............88

    Figura 41. Grfico comparativo da eficincia calculada atravs dos dois mtodos apresentados

    para o grupo de estacas 1 x 2...................................................................................................88

    Figura 42. Grfico comparativo da eficincia calculada atravs dos dois mtodos apresentados

    para o grupo de estacas 1 x 3....................................................................................................89

    Figura 43. Grfico comparativo da eficincia calculada atravs dos dois mtodos apresentados

    para o grupo de estacas 2 x 2....................................................................................................89

    Figura 44. Grfico comparativo da eficincia real calculada atravs da equao extrada de

    Braja (1995) para os trs grupos apresentados.........................................................................90

    Figura 45. Grfico comparativo da eficincia real calculada atravs da equao extrada de

    Braja (1995) para os dois grupos apresentados........................................................................94

  • 12

    LISTA DE TABELAS E QUADROS

    CAPTULO 2

    TABELAS Tabela 1. Valores de carga admissvel em funo de algumas sees de estacas pr-moldadas

    de concreto (CAPUTO, 1983)..................................................................................................26

    Tabela 2. Sees de estacas pr-moldadas de concreto quadradas e sextavadas (JOPPERT JR,

    2007)........................................................................................................................................26

    Tabela 3. Sees de estacas pr-moldadas de concreto circulares (JOPPERT JR, 2007).......26

    Tabela 4. Valores de carga admissvel em funo de alguns dimetros de estacas de madeira

    (CAPUTO, 1983).....................................................................................................................27

    Tabela 5. Principais caractersticas mecnicas de madeiras brasileiras (OLIVEIRA FILHO,

    1985)........................................................................................................................................28

    Tabela 6. Vantagens e desvantagens das diferentes estacas (OLIVEIRA FILHO, 1985)......33

    Tabela 7. Principais caractersticas das diferentes estacas (OLIVEIRA FILHO, 1985).........34

    Tabela 8. Tubos de revestimento da estaca raiz (JOPPERT JR, 2007)...................................35

    Tabela 9. Coeficientes de atrito em funo do tipo de solo (CAPUTO, 1983).......................43

    Tabela 10. Valores de F1 e F2 (LOBO, 2005)........................................................................44

    Tabela 11. Valores de k e (LOBO, 2005)............................................................................45

  • 13

    Tabela 12. Valores atribudos a K (DCOURT & QUARESMA, 1978, apud LOBO,

    2005).......................................................................................................................................46

    Tabela 13. Valores atribudos ao coeficiente (QUARESMA et al, 1996, apud LOBO,

    2005).......................................................................................................................................46

    Tabela 14. Valores atribudos ao coeficiente (QUARESMA et al, 1996, apud LOBO,

    2005).......................................................................................................................................46

    Tabela 15. Valores de K (LIZZI, 1982, apud SODR, 1996)................................................47

    Tabela 16. Valores de I (LIZZI, 1982, apud SODR, 1996).................................................47

    Tabela 17. Valores de 1 e 2 (FUNDESP, 1990, apud SODR, 1996)...............................48

    Tabela 18. Valores de 0 (FUNDESP, 1990, apud SODR, 1996)......................................48

    Tabela 19. Valores de e (BRASFOND, 1991, apud SODR, 1996)..............................49

    CAPTULO 3

    Tabela 20. Valores de carga ltima obtidos nas provas de carga e de carga ltima dos grupos

    sem a contribuio do bloco (SILVA E CINTRA, 1996)....................................................68

    Tabela 21. Valores de eficincia para os ensaios realizados (SILVA E CINTRA, 1996)...69

    CAPTULO 4 Tabela 22. Valores de eficincia obtidos pelas equaes de Converse-Labarre e Braja......86

  • 14

    QUADROS

    CAPTULO 2 Quadro 1 - Caractersticas e propriedades mecnicas das rochas (CARNERO, 1995 modificado apud

    CARREG, BALZAN, 1998)..............................................................................................................53

    Quadro 2 - em funo da natureza da rocha (SALAS, ALPAES E GONZALEZ, 1976)...................54

    Quadro 3. Valores utilizados no clculo da constante ...........................................................55

    Quadro 4. Valores utilizados no clculo de RB.........................................................................55

    Quadro 5. Valores encontrados para Ae, Ap e RHt.....................................................................56

    Quadro 6. Valores encontrados para Qp...................................................................................56

    CAPTULO 3 Quadro 7. Comparao entre caractersticas das metodologias de anlise de grupos de estacas (SANTANA, 2008)..............................................................................................................79 CAPTULO 4 Quadro 8. Valores utilizados no clculo de ..........................................................................82

    Quadro 9. Valores utilizados no clculo de ..........................................................................83

    Quadro 10. Valores utilizados no clculo de ........................................................................83

    Quadro 11. Valores utilizados no clculo de ........................................................................84

    Quadro 12. Valores utilizados no clculo de ........................................................................88

  • 15

    Quadro 13. Valores utilizados no clculo de .......................................................................88

    Quadro 14. Valores utilizados no clculo de .......................................................................89

    Quadro 15. Valores utilizados no clculo de .......................................................................89

  • 16

    SUMRIO

    1. INTRODUO ...............................................................................................................17

    1.1 JUSTIFICATIVA...........................................................................................18

    1.2 OBJETIVOS...................................................................................................18

    1.2.1 Objetivo Geral.................................................................................................18

    1.2.2 Objetivos Especficos......................................................................................19

    1.3 HIPTESE.....................................................................................................19

    1.4 METODOLOGIA ADOTADA NA PESQUISA...........................................20

    1.5 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA.............................................................21

    2. REVISO BIBLIOGRFICA ........................................................................................22

    2.1 TIPOS DE FUNDAES E CARACTERSTICAS .................................. 24

    2.2 ESTACA RAIZ...............................................................................................34

    2.2.1 Fases de Execuo das Estacas Raiz...............................................................36

    2.3 CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS (MOLDADAS IN LOCO).41

    2.3.1 Clculo da capacidade de carga da estaca engastada na rocha.......................53

    3. EFICINCIA DE GRUPO DE ESTACAS....................................................................57

    3.1 ESTACAS NA AREIA-estudo da eficincia de grupo..................................62

    3.2 ESTACAS NA ARGILA-estudo da eficincia de grupo...............................65

    3.3 ESTACAS EM AREIA ARGILOSA - estudo da eficincia de grupo..........66

    3.4 ESTACAS NA ROCHA- estudo da eficincia de grupo...............................69

    4. APLICAO DO ESTUDO DA EFICINCIA DE GRUPO DE ESTACAS...........81

    4.1 Obra localizada na avenida Manoel Dias da Silva, no bairro Pituba, na cidade

    de Salvador BA.....................................................................................................................81

    4.2 Aplicao do estudo da eficincia para o caso j apresentado de Silva e Cintra

    (1996) ......................................................................................................................................87

    4.3 Complexo de viadutos em Feira de Santana-BA...........................................90

    5. CONCLUSO..................................................................................................................95

    REFERNCIAS ...................................................................................................................98

    ANEXOS................................................................................................................................102

  • 17

    1 INTRODUO

    A solidez de uma edificao depende, em primeiro lugar, de uma fundao bem

    dimensionada. Para isto, a engenharia tem evoludo a ponto de garantir que at as estruturas

    mais pesadas mantenham-se estveis e, claro, com recalques compatveis com o tipo de

    estrutura, mesmo em solos de baixa capacidade de suporte. A variedade de sistemas,

    equipamentos e principalmente processos executivos enorme, restando o desafio de

    identificar a maneira mais adequada, de acordo com as peculiaridades da obra e do terreno.

    So muitas as possibilidades quando se fala em fundaes profundas, desde os

    variados tipos de estacas a tubules, associadas s estruturas de grandes cargas ou

    caractersticas de solo superficial ruim. Quando os solos com baixa capacidade de carga

    ocorrem em pequenas profundidades, muitas vezes utilizam-se fundaes profundas mesmo

    se a edificao for de pequeno porte (um ou dois pavimentos). importante destacar essa

    falsa idia, que ocorre muitas vezes, de que fundao profunda serve apenas para obras de

    grande porte. O que define o tipo de sistema o conjunto estrutura e solo.

    Quando se utilizam fundaes profundas, em geral, as cargas dos pilares so recebidas

    por um grupo e no apenas por um elemento. Isto se deve a problemas de alinhamento,

    provveis excentricidades e para uma melhor distribuio das cargas da estrutura para o solo

    (BOWLES, 1982). Essa necessidade, portanto, de agrupar as fundaes profundas nos leva a

    ter de considerar alguns aspectos tais com a influncia de um elemento no outro e no grupo

    como um todo, alm do comportamento do grupo em relao ao solo. Esta influncia

    denominada de efeito de grupo.

    A NBR 6122 (1996) define o efeito de grupo de estacas como o processo de interao

    das diversas estacas que constituem uma fundao ou parte de uma fundao, ao transmitirem

    ao solo as cargas que lhes so aplicadas. Esta interao acarreta uma superposio de tenses,

    de tal sorte que o recalque do grupo de estacas para a mesma carga por estaca , em geral,

    diferente do recalque da estaca isolada. O recalque admissvel da estrutura deve ser

    comparado com o recalque do grupo e no do elemento isolado da fundao.

    Devido complexidade desse assunto, comum as empresas adotarem uma eficincia

    de 100% para os grupos de estacas, ignorando assim os efeitos desse fenmeno, confiando-se

    em coeficientes de segurana.

    Este trabalho reuniu algumas das diferentes equaes existentes para determinao da

    eficincia de grupo e aplicou em trs locais: edifcio comercial em Salvador-Ba, com

  • 18

    fundaes em estacas raiz, complexo de viadutos em Feira de Santana-Ba com fundaes em

    estacas hlice contnua e So Carlos-SP a partir de dados publicados por Silva e Cintra

    (1996), resultados de testes em campo experimental, visando estudar os parmetros que so

    levados em considerao nas equaes.

    1.1 - JUSTIFICATIVA

    A eficincia de grupo de estacas um parmetro importante para a avaliao do

    desempenho de uma fundao profunda, porque mostra o quanto o desempenho individual

    desta fundao poder ser alterado quando o mesmo colocado para trabalhar em um grupo.

    Segundo Silva e Cintra (1996), apesar de escassos os estudos do comportamento de grupo de

    estacas, tem-se verificado que o mesmo difere daquele desempenhado pela estaca isolada.

    Nos grupos de estacas (ou quaisquer tipos de fundaes profundas que possam trabalhar em

    grupos, como no caso de tubules e caixes) ocorre superposio dos bulbos de presso,

    como tambm, as estacas juntamente com o solo contido entre elas podem agir como um

    bloco nico, modificando, portanto, o mecanismo de ruptura do grupo. Entretanto, deve-se

    observar que a carga ltima do conjunto no , por isso, um mltiplo inteiro da carga ltima

    da estaca isolada.

    Entende-se, portanto, que este tema representa uma oportunidade interessante para

    ampliar as possibilidades de abordagens de aspectos supostamente considerados secundrios,

    nos cursos de graduao e em projetos de fundaes profundas, devido a escassas pesquisas

    sobre o tema, no estudo das fundaes.

    1.2 - OBJETIVOS

    1.2.1 - OBJETIVO GERAL

    Reunir algumas metodologias existentes sobre o estudo da eficincia de grupos de

    estacas e fazer a aplicao para diferentes situaes, avaliando os fatores influentes no

    comportamento de estacas em grupos para perfis de solo distintos.

  • 19

    1.2.2 - OBJETIVOS ESPECFICOS

    1. Conhecer os mtodos existentes para o clculo do fator de eficincia de grupo de

    estacas, incluindo diferentes tipos de estacas.

    2. Conhecer o projeto de fundaes profundas, em especial o de estacas raiz

    utilizadas em uma das obras estudadas, pois se constitui no atual local de trabalho

    do autor desta monografia, apresentar a sua seqncia executiva padro para

    estacas do tipo raiz, comparando com o mtodo executivo adotado na referida

    obra.

    3. Aplicar os mtodos estudados ao grupo de algumas estacas injetadas e escavadas.

    4. Comparar os resultados obtidos no item 3.

    5. Discutir a importncia e participao dos parmetros fornecidos pelo ensaio de

    sondagem a percusso.

    1.3 - HIPTESE

    As hipteses apresentadas aqui tm origem em algumas discusses levantadas por

    profissionais que atuam em projetos e execuo de fundaes profundas.

    Baseado nos mtodos de clculo disponveis para determinao da capacidade de

    carga das estacas injetadas, juntamente com a execuo de estacas testes levadas ruptura em

    provas de carga esttica ou submetidas a ensaios no destrutivos em estacas da prpria

    estrutura, tem-se verificado que a capacidade de carga admissvel das estacas injetadas atende

    aos esforos solicitantes de projeto. No entanto, tambm se verifica, atravs dos resultados

    dessas provas de carga, que os mtodos semi-empricos utilizados para o clculo da

    capacidade de carga, em geral, esto a favor da segurana. Verifica-se tambm que o carter

  • 20

    desses ensaios predominantemente individual, no sendo suficientes para fornecerem

    informaes substanciais quanto interferncia causada pela transferncia de esforos entre

    estacas de um mesmo bloco.

    Apesar da adoo de coeficientes de segurana para a determinao da capacidade de

    carga admissvel das estacas, fatores como distncia entre estacas e mtodo de execuo

    interferem na forma como grupos de estacas transferem os esforos solicitantes da estrutura

    para o solo. A questo prever com preciso o quanto e at quando esses fatores provocam

    interferncias. Por exemplo, a distncia mnima entre eixos de estacas de um mesmo bloco

    dever ser de duas vezes e meia a trs vezes o dimetro dessas estacas. Ser que esse valor

    mnimo estar sempre garantindo uma boa eficincia no grupo?

    Outro aspecto est relacionado com as equaes utilizadas para o clculo da eficincia

    de grupos de estacas: estas equaes conseguem representar todos os fatores intervenientes,

    incluindo a variabilidade de tipos de solos existentes?

    1.4 - METODOLOGIA ADOTADA NA PESQUISA

    Para conhecer com certa profundidade o tema proposto nesta monografia e, tambm,

    conhecer os estudos desenvolvidos e avanos alcanados at o momento, realizou-se reviso

    bibliogrfica buscando abranger livros, artigos tcnico-cientficos e materiais obtidos atravs

    do acesso internet.

    A reviso bibliogrfica tambm incluiu os diferentes tipos de fundaes existentes,

    caractersticas, vantagens e desvantagens, mtodos utilizados no clculo da capacidade de

    carga e, especificamente, os mtodos executivos e de clculo de estacas injetadas.

    Em seguida, como os mtodos para clculo da eficincia de grupo seriam aplicados a

    casos reais de obra, definiu-se inicialmente uma obra com fundao em estaca raiz e, em

    seguida, mais outras duas obras. Realizou-se levantamento das informaes relacionadas com

    as obras e as suas fundaes, referentes ao tipo e localizao do empreendimento, aspectos

    gerais, cargas nas fundaes, furos de sondagem realizados no terreno, tipo de fundao

    utilizada, quantidade, disposio geomtrica das fundaes, dimenses, cota de apoio. Para a

    primeira obra, foram acrescentadas as etapas executivas das fundaes, dados referentes aos

    materiais utilizados no processo executivo, registros fotogrficos da obra e do processo

    executivo das fundaes, para ilustrar e caracterizar detalhadamente um dos locais estudados.

    Buscou-se tambm verificar a existncia de ensaios de provas de carga.

  • 21

    Aps a descrio geral dos locais estudados, fez-se a aplicao e anlise dos mtodos

    para verificao da eficincia de estacas em grupos.

    Por fim, foram levantados os fatores que mais influem nos resultados, buscando

    subsdios em trabalhos encontrados na literatura.

    1.5 - ESTRUTURA DA MONOGRAFIA

    Na estruturao desta monografia de concluso de curso, o captulo 1 a introduo, o

    captulo 2 apresenta uma reviso bibliogrfica das informaes publicadas sobre fundaes,

    caractersticas (mtodo executivo, vantagens e desvantagens) de diversos tipos de fundaes,

    superficiais e profundas, alm de uma abordagem mais especfica sobre as estacas raiz e a

    capacidade da carga de estacas moldadas in loco.

    O captulo 3 apresenta um estudo bibliogrfico especfico sobre o comportamento de

    grupos de estacas (eficincia), ou efeito de grupo, enquanto que no captulo 4 feita a

    aplicao do estudo de eficincia de grupo para trs casos apresentados.

    Por fim, no captulo 5 so apresentadas as concluses obtidas a partir do estudo e

    aplicao da eficincia de grupo de estacas.

  • 22

    2 REVISO BIBLIOGRFICA

    Segundo Caputo (1983), chama-se fundao a parte de uma estrutura que transmite

    ao terreno subjacente a carga da obra. Azeredo (1977), tambm apresenta uma definio

    semelhante ao afirmar que fundaes so os elementos estruturais com funo de transmitir

    as cargas da estrutura ao terreno onde elas se apiam.

    So diversos os tipos de fundaes, e estes podem ser reunidos em dois grupos

    principais: fundaes superficiais (ou rasas) e fundaes profundas.

    As fundaes superficiais, empregadas quando as camadas pouco profundas do

    subsolo so suficientemente capazes de suportar as cargas, podem se apresentar de vrias

    formas: blocos de fundao (figura 1), sapatas isoladas (figura 2), associadas (figura 3) e

    corridas (figura 4), vigas de fundao (figura 5) e placas de fundao (radiers ou mat

    foundations, figura 6). Segundo a NBR 6122/1996, a profundidade de assentamento dessas

    fundaes inferior a duas vezes a menor dimenso da fundao.

    Figura 1. Bloco de fundao (Revista Tchne, 2004) Figura 2. Sapata isolada (Revista Tchne, 2004)

    Figura 3. Sapata associada (Revista Tchne, 2004) Figura 4. Sapata corrida (Revista Tchne, 2004)

  • 23

    Figura 5. Vigas de fundao (http://grupoconstrumont.com.br) Figura 6. Radier (Revista Tchne, 2004)

    Quando as camadas mais superficiais do subsolo no constituem um suporte adequado

    para a estrutura, necessitando-se, portanto, recorrer a camadas profundas mais resistentes, faz-

    se uso das fundaes profundas, cujos tipos principais so: estacas, tubules e caixes. A

    NBR 6122/1996 delimita a fundao profunda a uma profundidade superior ao dobro de sua

    menor dimenso em planta e, no mnimo, 3 m, salvo justificativa.

    As estacas so elementos alongados (esbeltos), podendo ser prismticas ou cilndricas,

    instaladas no solo atravs de percusso, tendo como exemplos as estacas cravadas pr-

    moldadas de concreto, ao ou madeira, ou prvia perfurao do solo, sendo em seguida

    concretadas. Neste caso, so classificadas como estacas escavadas (JOPPERT JR, 2007),

    sendo representadas pelas estacas moldadas in loco.

    As estacas resistem aos esforos atuantes sobre elas de duas maneiras distintas: ou

    pelo atrito das paredes laterais contra o terreno, chamado de resistncia de atrito lateral

    (CAPUTO, 1983) e denominadas estacas flutuantes, ou pelas reaes exercidas pelo terreno

    sobre a ponta, conhecidas como resistncia de ponta (ALONSO, 1983), denominadas

    estacas carregadas de ponta, ou ainda de ambas as maneiras.

    As estacas podem ser executadas verticais ou inclinadas e podem estar submetidas a

    esforos de compresso, trao e flexo.

    Ao longo dos anos, muitas foram as tcnicas desenvolvidas para fabricar e/ou executar

    estacas, originando tipos e nomes distintos, como por exemplo: Strauss, Franki Normal,

    Hlice contnua, Mega, Broca, Estaco (Escavada), Barrete e Raiz, dentre outras.

  • 24

    2.1 TIPOS DE FUNDAES E CARACTERSTICAS

    As fundaes superficiais so uma opo interessante, pois para execut-las no

    necessria a utilizao de equipamentos e mo-de-obra especializada, necessitando-se apenas

    de uma equipe simples composta por armadores, carpinteiros e serventes. Isto torna a

    fundao direta atraente no que se refere ao aspecto econmico (JOPPERT JR, 2007).

    No que diz respeito ao aspecto tcnico, uma vantagem das fundaes superficiais a

    facilidade de inspeo do solo no qual a fundao est apoiada, aliada ao controle final de

    qualidade do material utilizado quanto resistncia e aplicao.

    Estes dois aspectos favorecem as fundaes rasas como primeira soluo a ser

    analisada.

    Por outro lado, as fundaes profundas so executadas, normalmente, utilizando-se

    equipamentos e mo-de-obra especializados, a exemplo das estacas hlice contnua e estacas

    cravadas. Os tubules a cu aberto (figura 7) necessitam utilizar uma equipe de poceiros, caso

    o poo seja escavado manualmente, ou uma perfuratriz rotativa, caso a execuo seja

    mecnica.

    Figura 7. Tubulo a cu aberto e ferramentas utilizadas na execuo (JOPPERT JR, 2007)

  • 25

    Dentre as fundaes profundas com elevada capacidade de suporte, Joppert Jr. (2007)

    afirma que o tubulo uma soluo atrativa economicamente, pois, alm de ser extremamente

    barata a mo-de-obra de escavao, o tubulo preenchido com concreto simples (sem

    armao na base e frmas) com baixo consumo de cimento. No entanto, devido a eventuais

    dificuldades no corte e retirada do material do poo (presena de argila e siltes de consistncia

    rija a dura, mataces ou pedregulho) ou ocorrncia de gua no subsolo, o preo da mo-de-

    obra poder sofrer aumento significativo.

    Quanto ao aspecto tcnico, a adoo de tubules uma excelente opo de fundaes,

    pois atravs do poo escavado pode-se verificar visualmente o solo de apoio e as dimenses

    finais de escavao do fuste e da base (JOPPERT JR, 2007).

    No caso de se executar tubules em solo onde haja gua e no seja possvel esgot-la

    devido ao perigo de desmoronamento das paredes, utilizam-se tubules pneumticos com

    camisa de concreto (onde o servio ser feito manualmente sob ar comprimido) ou de ao

    (cravada com auxlio de equipamentos a cu aberto, sendo apenas os servios de abertura e

    concretagem da base feitos sob ar comprimido) (ALONSO, 1983).

    Quanto s estacas, sejam elas de ao, concreto ou madeira, tambm so necessrios

    equipamentos e equipes especiais, para a instalao das mesmas no solo por cravao, atravs

    de equipamento percussivo.

    Para as estacas de concreto pr-moldado, uma grande vantagem que, uma vez que

    so fabricadas antes da sua utilizao, possvel inspecionar e controlar o processo de

    confeco das mesmas minuciosamente. Em geral, so empregadas em qualquer tipo de solo

    acima ou abaixo do nvel de gua subterrneo e possuem durao quase ilimitada. Fazendo-se

    uma comparao com as estacas de madeira, as pr-moldadas de concreto possibilitam uma

    reduo dos volumes de escavao e de construo (TSCHEBOTARIOFF, 1978; OLIVEIRA

    FILHO, 1985; CAPUTO, 1983).

    Algumas desvantagens das estacas pr moldadas que ainda persistem so as

    seguintes: peso considervel, transporte dificultado pela possibilidade de quebra das estacas,

    sua cravao provoca vibraes considerveis e, nos solos arenosos de baixa compacidade,

    provocam a densificao da massa em suas adjacncias, ocorrendo grandes diferenas entre os

    comprimentos cravados nas estacas de um mesmo bloco (OLIVEIRA FILHO, 1985). Outra

    desvantagem que em terrenos pedregulhosos e resistentes, podero quebrar durante a

    cravao.

  • 26

    Os valores de carga admissvel em funo de algumas sees de estacas pr-moldadas

    de concreto, aconselhados pela Norma Alem DIN 1054 (1953) (apud CAPUTO, 1983), se

    encontram na tabela 1.

    Tabela 1. Valores de carga admissvel em funo de algumas sees de estacas pr-

    moldadas de concreto (CAPUTO, 1983)

    Estacas Pr-Moldadas de Concreto

    Seo (cm) Carga Admissvel (tf)

    30 X 30 40

    35 X 35 48

    40 X 40 55

    Atualmente as estacas pr moldadas so fabricadas no Brasil com seo quadrada e

    sextavada (tabela 2) e circular (tabela 3).

    Tabela 2. Sees de estacas pr-moldadas de concreto quadradas e sextavadas (JOPPERT JR,

    2007)

    Tabela 3. Sees de estacas pr-moldadas de concreto circulares (JOPPERT JR, 2007)

    Bitola circular (cm) 15 17 20 23 26 28 31 33 38 42 50 60 70 Macia 18 25 35 50 64 75 93 107 145 Capacidade estrutural

    (tf) Vazada 60 63 85 105 120 162 225 300

    Quanto s estacas de madeira, estas so cravadas no solo com bate-estacas de

    pequenas dimenses e martelos leves. Antes da difuso da utilizao do concreto, elas eram

    empregadas quando a camada de apoio das fundaes se encontrava em profundidades

    grandes. Para sua utilizao, necessrio que elas fiquem totalmente abaixo dgua

    (MELHADO et al, 2002), pois com a variao do nvel de gua durante sua vida til, parte do

    fuste ficar submetida a ciclos de secagem e umedecimento, provocando danos na seo da

    estaca. No entanto, segundo Tschebotarioff (1978), atravs da impregnao da madeira com

    Bitola quadrada(cm) Seo quadrada Seo sextavada

    15 x 15 17 x17 21,5 x 21,5 23,5 x 23,5 26,5 x 26,5 29,5 x 29,5 36 42 52 Capacidade estrutural(tf) 32 40 67 82 106 134 138 158 244

  • 27

    produtos qumicos variados (a exemplo do creosoto), possvel retardar o processo de

    deteriorao.

    A utilizao dos diversos tipos de madeira depende do local em que as estacas sero

    executadas e da disponibilidade das mesmas na regio. Suas qualidades mais desejveis so

    durabilidade e resistncia. As madeiras que melhor se adaptam a este fim (em nosso pas) so:

    aroeira, maaranduba, eucalipto, peroba-do-campo, dentre outras (CAPUTO, 1983).

    Os valores de carga admissvel em funo de alguns dimetros de estacas de madeira,

    segundo a Norma Alem DIN 1054 (1953) (apud CAPUTO, 1983), se encontram na tabela 4.

    Tabela 4. Valores de carga admissvel em funo de alguns dimetros de estacas de

    madeira (CAPUTO, 1983)

    Estacas de Madeira

    Dimetro (cm) Carga Admissvel (tf)

    30 33

    35 38

    40 45

    A tabela 5 apresenta as principais caractersticas mecnicas de algumas madeiras

    nacionais.

  • 28

    Tabela 5. Principais caractersticas mecnicas de madeiras brasileiras (OLIVEIRA FILHO,

    1985)

    As estacas de ao ou metlicas podem ser constitudas por perfis de ao laminados ou

    soldados (como, por exemplo, os perfis de seo I e H), tubos de chapa dobrada (sees

    circulares, quadradas ou retangulares), tubos sem costura e trilhos (estes geralmente

    reaproveitados aps sua remoo de linhas frreas). Tanto os perfis quanto os trilhos podem

    ser empregados como estacas em sua forma simples ou mltipla (duplos ou geminados,

    triplos, etc.) (SECRETARIA DE SERVIOS PBLICOS/PREFEITURA DO RECIFE,

    2004).

    As estacas de ao podem ser cravadas em quase todos os tipos de terreno; possuem

    facilidade de corte e emenda; podem atingir grande capacidade de carga; trabalham bem

    flexo e, se utilizadas em servios provisrios, podem ser reaproveitadas vrias vezes. No

    entanto, os perfis metlicos so corrosivos quando em contato com gua, variao de umidade

    e salinidade, sendo necessrio, neste caso, prever um excesso de seo ou recobrimento do

    perfil com pintura especial asfltica antes de sua cravao. Sua maior desvantagem o custo

    maior em relao s estacas pr-moldadas de concreto, no entanto, se reaproveitadas, podem

    sair mais barato (FILHO, 1985; MELHADO et al, 2002).

  • 29

    As estacas moldadas in loco destacam-se pela sua diversidade, devido s novas

    tecnologias empregadas na execuo das mesmas. Algumas so mais simples, como o caso

    das estacas broca, e outras mais modernas, como as estacas mega e hlice contnua

    monitorada.

    As estacas broca so estacas moldadas in loco atravs de preenchimento de

    perfurao efetuada com trado manual ou mecnico, sem a utilizao de revestimento. As

    estacas em questo, face s condies executivas, somente devem ser utilizadas abaixo do

    nvel de gua se o furo puder ser esgotado antes da concretagem (DEPARTAMENTO DE

    ESTRADAS DE RODAGEM/SP, 2006). Em vista de suas caractersticas, como baixa

    capacidade de carga (geralmente entre 4 e 5 tf), comprimento mximo em torno de 6m, o fato

    de trabalhar apenas compresso e no haver garantia de verticalidade, essas estacas so

    utilizadas apenas em casos limitados, sendo sua execuo feita normalmente pelo prprio

    pessoal da obra (MELHADO et al, 2002).

    As estacas tipo Strauss (figura 8) so estacas executadas por perfurao atravs de

    balde sonda (piteira), com uso parcial ou total de revestimento recupervel e posterior

    concretagem (NBR 6122, 1996).

    Figura 8. Estaca Strauss e Equipamentos Utilizados na sua Execuo (JOPPERT JR, 2007)

    A estaca Strauss apresenta algumas vantagens: baixo custo, utiliza equipamento

    simples, no causa vibraes no terreno, pode ser moldada no local, evitando cortes e

    desperdcio de material. Porm, em geral possui capacidade de carga menor que estacas

  • 30

    Franki e pr-moldadas de concreto e possui limitaes devido ao nvel do lenol fretico

    (ROGERIO, 1984; MELHADO et al, 2002).

    As estacas tipo Franki (figura 9) so de concreto armado moldado no solo, aps

    cravao dinmica de um tubo munido de bucha composta de areia e pedra, implantada na sua

    ponta inferior. A cravao ocorre atravs da queda livre de um pilo com peso varivel (em

    funo do dimetro da estaca) sobre a bucha, fazendo com que a composio (tubo + bucha)

    v penetrando no solo at atingir uma camada de solo com boa capacidade de suporte, cuja

    verificao feita pela aferio das negas e energias de cravao (JOPPERT JR, 2007).

    As estacas Franki, quando bem executadas, guardando-se observncia ao mtodo e

    seus recursos, praticamente no sofrem restries de emprego diante das caractersticas do

    subsolo (salvo solos constitudos por espessas camadas de solo muito mole). Uma outra

    vantagem da utilizao dessas estacas que podem desenvolver elevada carga de trabalho

    associada a recalques pequenos (HACHICH et al., 1998).

    Os maiores inconvenientes das estacas tipo Franki dizem respeito vibrao do solo

    durante a execuo, rea necessria ao bate-estacas e possibilidade de alteraes do concreto

    do fuste, por deficincia do controle. Sua execuo sempre feita por firma especializada

    (BRITO, 1987, apud MELHADO et al, 2002).

    Figura 9. Estaca Franki e Equipamento de Execuo (JOPPERT JR, 2007)

  • 31

    As microestacas (pressoancoragens) constituem uma modalidade de estaca escavada

    com injeo de calda de cimento. executada mediante a tecnologia de tirantes injetados em

    mltiplos estgios com o auxlio de um tubo-manchete de vlvulas mltiplas (figura 10), que

    impedem o retorno da calda de cimento. Na injeo da bainha e posterior injeo de calda de

    cimento em cada estgio de abertura das vlvulas ou manchetes, so usadas altas presses

    (normalmente de 1 a 3 MPa) (PRESA E POUSADA, 2001).

    Figura 10. Tubo-manchete de vlvulas (indicadas pelas setas) mltiplas (AUTOR, 2008)

    Segundo Hachich et al (1998), as microestacas so estacas cuja execuo compreende

    fundamentalmente cinco fases (figura 11) consecutivas:

    1. Perfurao auxiliada por circulao de gua, semelhante realizada na

    execuo de estacas raiz;

    2. Instalao de tubo-manchete, de ao ou PVC rgido, dotado de vlvulas

    espaadas da ordem de 1m;

    3. Execuo da bainha, injetando-se calda de cimento pela vlvula inferior at

    extravasar pela boca do furo;

    4. Injeo da calda de cimento, atravs das demais vlvulas, aps o incio de cura

    da bainha, utilizando-se obturador;

    5. Vedao do tubo-manchete: a parte central do tubo manchetado preenchida

    com nata de cimento ou com argamassa.

  • 32

    Figura 11. Fases de execuo das microestacas (LAMARE NETO, 1985, apud BENATI, 2007)

    As microestacas no devem ser confundidas com as estacas raiz. Estas ltimas so

    executadas mediante injeo de ar comprimido sobre a argamassa com baixas presses,

    enquanto as microestacas so executadas atravs de injeo de calda de cimento com presses

    elevadas, em que o tubo-manchete impede o refluxo da calda sob presso, durante a execuo.

    Nas estacas raiz, ocorrem apenas notveis irregularidades ao longo do fuste, que favorecem a

    resistncia por atrito lateral, ao passo que nas microestacas surgem protuberncias (bulbos) ao

    longo do fuste da estaca, que melhoram substancialmente o comportamento da mesma

    (PRESA E POUSADA, 2001).

    So diversos os mtodos de execuo de estacas, possuindo, cada uma dessas, suas

    prprias caractersticas. A tabela 6 apresenta, em resumo, as vantagens e desvantagens das

    diferentes estacas e a tabela 7 as caractersticas das mesmas.

  • 33

    Tabela 6. Vantagens e desvantagens das diferentes estacas (OLIVEIRA FILHO, 1985)

    Estacas Vantagens Desvantagens

    Madeira Baixo preo; Fcil emenda; Resiste cravao e

    transporte; Fcil corte.

    S para solos submersos; Atacvel por

    microorganismos.

    Ao Absorve cargas verticais e empuxos horizontais;

    Fcil cravao e emendas.

    Elevado custo; Atacvel por guas

    agressivas; Comprimentos finais

    excessivos. Pr-moldadas de concreto

    Concreto de boa qualidade; Boa capacidade de carga; Emendas para sees

    anelares.

    Dificuldades de transporte; Armada para transporte e

    suspenso; Limitadas em seo e

    comprimento; Dificuldades de cravao em

    solos compactos. Moldadas

    in loco

    Eliminam transporte; Comprimento varivel; Evitam vibraes na

    cravao.

    Concreto de m qualidade; Problemas da pega do

    concreto; Descontinuidade do fuste

    decorrente da recuperao do molde;

    Desalinhamento do fuste; Danificao de estacas ainda

    em fase de cura. Brocas Baixo custo. Baixa capacidade de carga.

    Strauss Revestida ponta aberta. Concreto de m qualidade.

    Franki Armadura do fuste. Em solos arenosos e abaixo do nvel de gua, possibilidade de seccionamento do fuste.

  • 34

    Tabela 7. Principais caractersticas das diferentes estacas (OLIVEIRA FILHO, 1985)

    Como um dos locais de estudo foi acompanhado passo a passo, que a obra de

    Salvador cujas fundaes so em estaca raiz, esse tipo de fundao ser descrito neste

    trabalho em um item separadamente, conforme segue.

    2.2 ESTACA RAIZ

    A estaca raiz foi concebida na dcada de 50, em Npoles, na Itlia, pelo Diretor

    Tcnico da empresa FONDEDILE SpA., Eng. Fernando Lizzi (LIZZI, 1982, apud SODR,

    1996) e patenteada sob a denominao de pali radice.

    Essas estacas foram originalmente concebidas para reforo de fundaes e

    melhoramento do terreno, imaginando-se criar com as mesmas um reticulado de estacas

    inclinadas em varias direes, lembrando as razes de rvores, da a denominao estacas raiz.

  • 35

    No incio de sua comercializao, se utilizavam dimetros de at 20 cm (da a denominao

    de estacas de pequeno dimetro, como aparece na NBR 6122/86) (HACHICH et al, 1998).

    Atualmente, essas estacas so geralmente executadas com dimetros entre 20 e 25 cm,

    chegando a alcanar at valores em torno de 40 cm e 50 cm (HACHICH et al, 1998). Em

    funo disso, a NBR 6122 (1996) substituiu a denominao de estacas de pequeno dimetro

    por estacas escavadas, com injeo.

    A evoluo das tcnicas de execuo das estacas raiz permitiu que a carga estrutural

    admissvel (mxima) adotada fosse sendo aumentada, atingindo hoje valores que variam de 20

    a 100 tf para dimetros entre 12 e 40 cm.

    Na Tabela 8, encontram-se os dimetros nominais das estacas, dimetros externos e

    internos dos tubos de revestimento mais usuais:

    Tabela 8. Tubos de revestimento da estaca raiz (JOPPERT JR, 2007)

    Dimetro da estaca (mm) 100 120 150 160 200 250 310 410

    Dimetro externo do tubo (mm) 89 102 127 141 168 220 273 356

    Dimetro interno do tubo (mm) 73 86 109 122 146 224 284 384

    As estacas raiz tambm tm excelentes vantagens em comparao com outros tipos

    executados. Podem, por exemplo, ser executadas com maiores inclinaes, entre 0 e 90,

    provocam reduzida descompresso do terreno durante a execuo e tm ausncia de vibrao,

    preservando a integridade das estruturas adjacentes, principal opo em reas industriais e em

    locais de construes antigas. Essas estacas tambm so ideais para serem executadas em

    locais confinados ou com altura limitada, permitem atravessar terrenos resistentes (inclusive

    rocha), atingindo grandes profundidades, acima ou abaixo do lenol fretico e, alm do mais,

    possuem elevada capacidade de carga, considerando suas pequenas sees.

  • 36

    2.2.1 FASES DE EXECUO DAS ESTACAS RAIZ

    a) PERFURAO

    Na etapa de perfurao introduz-se no solo, por meio de rotao imposta por uma

    perfuratriz, uma tubulao munida na ponta de uma coroa mais larga que o dimetro externo

    do tubo, formando a composio de revestimento (JOPPERT JR, 2007).

    Os detritos gerados pela perfurao so expelidos pela circulao de gua injetada com

    presso na parte interna da tubulao de revestimento (do topo para a ponta), retornando pelo

    interstcio anelar formado entre a parede externa do tubo e a parede de escavao (figura 12).

    Figura 12. Interstcio anelar entre revestimento e parede de escavao (AUTOR, 2008)

    Isso determina, portanto, que o dimetro acabado da estaca seja sempre consideravelmente

    maior que o dimetro nominal da bateria de perfurao (SODR, 1996).

    O revestimento instalado ao longo de toda perfurao (em segmentos rosqueveis),

    sendo sacado aps o seu preenchimento com argamassa e instalao da armadura. No entanto,

    a NBR 6122/1996 faz uma ressalva ao afirmar que as estacas tipo raiz so revestidas pelo

    menos em parte do seu comprimento, ou seja, o revestimento do furo pode ser parcial

  • 37

    (dependendo da natureza do terreno). Neste caso, a perfurao abaixo do tubo pode ocorrer

    com a utilizao de tricone (figura 13) com auxlio de circulao de gua ou com elementos

    estabilizantes das paredes das perfuraes (JOPPERT JR, 2007).

    Figura 13. Broca tricone (AUTOR, 2007)

    Quando h a necessidade de se ultrapassar mataces, rochas ou qualquer interferncia

    resistente perfurao com broca tricone, utilizam-se ferramentas especiais, como coroa com

    pastilhas de vdea e o martelo de fundo (figura 14) de rotopercusso tipo DTH (down the

    hole): equipamento acionado por ar comprimido (SOLOTRAT, 2003), dentre outros.

    Figura 14. Martelo de fundo (AUTOR, 2008)

  • 38

    b) ARMAO

    Concluda a perfurao, o Manual de Especificaes de Produtos e Procedimentos

    (ABEF, 2004) recomenda que a armadura desa profundidade alcanada durante a

    perfurao at apoiar-se no fundo do furo. Esta pode ser constituda de uma ou mais barras de

    ao de aderncia melhorada ou, para as estacas de maior dimetro, de vrias barras montadas

    em gaiola ou de um tubo (LIZZI, 1982, apud SODR, 1996). A armao deve ser implantada

    ao longo de toda a estaca, podendo ter a quantidade de ao transversal varivel de acordo com

    os esforos atuantes (JOPPERT JR, 2007).

    Para evitar contato da armadura com o solo, no caso do tubo de revestimento no ser

    usado ao longo de toda a perfurao, recomendvel o uso de elementos espaadores, que ao

    mesmo tempo atuam como centralizadores da armadura no furo.

    Os diversos segmentos de armaduras so ligados entre si por simples sobreposio, ou

    transpasse (figura 15), para as estacas submetidas compresso (sendo que pequenos pontos

    de solda fixam as barras transpassadas), e com luva no caso das estacas submetidas trao.

    Figura 15. Transpasse de segmentos de armadura (AUTOR, 2007)

  • 39

    c) INJEO

    Uma vez instalada a armadura, introduzido o tubo de injeo (geralmente de PVC

    com dimetro de 1 ou 1 ) at o final da perfurao para proceder a injeo, de baixo

    para cima, at que a argamassa extravase pela parte superior do tubo de revestimento,

    garantindo-se assim que a gua ou a lama de perfurao sejam substitudas pela argamassa. A

    argamassa confeccionada em um misturador de alta turbulncia, geralmente acionado por

    motor-bomba, para garantir a homogeneidade da mistura. (http://www.aeas.org.br,

    20/06/2008).

    Segundo a NBR 6122/1996, uma estaca escavada com injeo (neste caso especfico, a

    estaca raiz) deve ter consumo de cimento no inferior a 600 kg/m3. O trao normalmente

    utilizado contm 80 litros de areia para 50 kg de cimento e 20 a 25 litros de gua, para se

    obter uma argamassa com uma resistncia caracterstica acima de 20 MPa.

    Quando a argamassa est saindo pela parte superior do tubo de revestimento,

    rosqueada no topo do tubo uma tampa metlica ligada a um compressor para aplicao de

    golpes de ar comprimido, com presses de 0,5 kg/cm2 a 4 kg/cm2 (JOPPERT JR, 2007), ao

    mesmo tempo em que se extrai o revestimento com auxlio do macaco hidrulico. medida

    que os tubos vo sendo extrados, o nvel da argamassa no interior dos tubos sofre abatimento,

    necessitando ser completado antes da aplicao de novos golpes de ar comprimido. Esta

    operao repetida vrias vezes at a concluso da retirada do revestimento.

    Uma vez que a injeo da estaca raiz obriga seu preenchimento at a superfcie do

    terreno, existir um excesso de argamassa que deve ser demolido (figura 16), no mnimo um

    dia aps a execuo da estaca (ABEF, 2004).

  • 40

    Figura 16. Demolio da argamassa do topo das estacas (AUTOR, 2007)

    Essa demolio (ou arrasamento) deve ser feita para a execuo do bloco de coroamento

    (figura 17), para embutir o topo da estaca, no mnimo 5 cm (ABEF, 2004), dentro do bloco,

    e acima do lastro de concreto, tomando-se a precauo de que a armadura, que parte

    fundamental da resistncia, fique ancorada adequadamente ao bloco de coroamento.

    Figura 17. Bloco de coroamento das estacas (AUTOR, 2007)

  • 41

    2.3 CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS MOLDADAS IN LOCO

    De acordo com a NBR 6122 (1996), a determinao da capacidade de carga de uma

    estaca isolada pode ser obtida por mtodos estticos, prova de carga e mtodos dinmicos

    (no caso de estacas cravadas)

    As frmulas estticas baseiam-se nas caractersticas do terreno, as quais devero ser

    determinadas experimentalmente em cada caso (CAPUTO, 1983).

    Os mtodos estticos podem ser classificados em 3 tipos: mtodos racionais ou

    tericos, mtodos semi-empricos e empricos (VELLOSO E LOPES, 2002). Os mtodos

    racionais ou tericos utilizam solues clssicas de capacidade de carga a partir de parmetros

    do solo como ngulo de atrito e coeso. J os mtodos semi-empricos baseiam-se em

    correlaes entre a capacidade de carga do elemento com resultados de ensaios in situ como

    o CPT e o SPT (LOBO, 2005). Por fim, os mtodos puramente empricos estimam a

    capacidade de carga apenas pela classificao das camadas de solos atravessadas pelas

    fundaes (NIENOV, 2006).

    O estabelecimento das frmulas estticas se deu em decorrncia das crticas e

    restries que sobrevieram s frmulas dinmicas e devido ao surgimento de estacas

    moldadas in loco, s quais no eram compatveis com a aplicao de frmulas de cravao,

    pois a execuo e o conseqente comportamento, no que diz respeito interao estaca-solo

    eram diferenciados (CAPUTO, 1983).

    A capacidade de carga de estacas dada pela soma de duas parcelas: a parcela

    correspondente ao atrito lateral e a parcela correspondente resistncia (capacidade) de

    ponta (NBR 6122, 1996). Sendo assim,

    R = Ra + R (1)

    onde, Ra a resistncia (capacidade de carga) de atrito lateral, R a resistncia (capacidade

    de carga) de ponta e R, a capacidade de carga da estaca.

    Se R >> Ra diz-se que a estaca trabalha de ponta e se Ra >> R diz-se que a estaca

    trabalha por atrito ( a chamada estaca flutuante) (CAPUTO, 1983).

    A resistncia de base ou ponta para uma fundao circular de raio r (caso geral das

    estacas moldadas in loco) escreve-se:

  • 42

    Rp = r2rr (2)

    onde rr pode ser calculada pela frmula semi-emprica de Terzaghi apresentada abaixo:

    rr = 1,3cNc + 0,6rN + hNq (3)

    onde a primeira parcela refere-se a coeso, a segunda refere-se ao atrito e a ltima

    sobrecarga.

    Os termos adimensionais Nc, N e Nq so chamados de fatores de capacidade de

    suporte, funo do ngulo de atrito interno do solo (NIENOV, 2006). Terzaghi chegou s

    seguintes expresses para seus clculos:

    (4)

    (5)

    -1) (6)

    sendo = e[(3/4)-(/2)]tg.

    Para os dois tipos de ruptura (generalizada e localizada) obtm-se, em funo de (ngulo de

    atrito), os valores de Nc, N e Nq (CAPUTO, 1983), fornecidos pelo baco apresentado na

    figura 18.

    Figura 18. Fatores de capacidade de carga em funo do ngulo de atrito (CAPUTO, 1983)

  • 43

    Os demais elementos apresentados na frmula de Terzaghi so designados como:

    coeso (c), peso especfico do solo () e h (profundidade de implantao da base da

    fundao).

    Os fatores Nc, N e Nq referem-se ruptura generalizada, para o caso de solos

    argilosos rijos a duros e arenosos compactos a muito compactos (JOPPERT JR, 2007). Em

    se tratando de ruptura localizada, os fatores a usar sero Nc, N e Nq (figura 18), para solos

    argilosos moles e arenosos fofos (JOPPERT JR, 2007), adotando-se um dado por tg =

    2/3tg e c = 2/3c. Os valores N so obtidos adotando-se nas linhas cheias ou nas linhas

    tracejadas.

    A resistncia de atrito lateral (Ra) ser calculada pela seguinte expresso:

    Ra = 2rhf (7)

    onde f o coeficiente de atrito entre o solo e a fundao. Os seus valores, para fins prticos,

    so apresentados na tabela 9.

    Tabela 9. Coeficientes de atrito em funo do tipo de solo (CAPUTO, 1983)

    Tipo de solo f(t/m2)

    solo orgnico ou argila mole 0,5

    silte e areia fina solta 0,5 a 2

    areia argilosa solta e argila mdia 2 a 5

    argila rija 5 a 10

    Segundo Lobo (2005) como o ensaio de SPT geralmente o nico ensaio de campo

    disponvel, difundiu-se no Brasil a prtica de relacionar medidas de Nspt diretamente com a

    capacidade de carga de estacas. Embora os mtodos (semi-empricos) normalmente adotados

    constiturem-se em ferramentas valiosas engenharia de fundaes importante reconhecer

    que, devido a sua natureza estatstica, a validade est limitada a prtica construtiva regional e

    s condies especficas dos casos histricos utilizados em seu estabelecimento (Schnaid,

    2000, apud LOBO, 2005). Dois dos mtodos semi-empricos consagrados nacionalmente de

    previso de capacidade de carga so os mtodos de Aoki & Velloso (1975) e o de Dcourt &

    Quaresma (1978).

  • 44

    O mtodo de Aoki & Velloso (1975) foi concebido originalmente a partir da

    comparao de resultados de prova de carga em estacas com resultados de ensaios de cone.

    Para que a metodologia proposta possa ser aplicada ensaios de penetrao dinmica, deve-se

    utilizar um coeficiente de converso k da resistncia da ponta do cone para Nspt. A

    expresso da capacidade de carga ltima representada pela equao (8):

    (8)

    onde, Ap representa a rea da seo transversal da estaca, U, o permetro da estaca e L, o

    segmento de estaca que est sendo calculado.

    Os coeficientes F1 e F2 so fatores de correo das resistncias de ponta e lateral

    que levam em conta diferenas de comportamento entre a estaca e o cone esttico. Na tabela

    10 so apresentados os valores de F1 e F2 originalmente propostos por Aoki & Velloso

    (1975), os valores propostos por Laprovitera (1988) & Benegas (1993) e os coeficientes

    propostos de Monteiro (1997).

    Tabela 10. Valores de F1 e F2 (LOBO, 2005)

    Os coeficientes k e so dependentes do tipo de solo e, assim como os valores de

    F1 e F2, existem trabalhos recentes sugerindo novos valores. Na tabela 11 so

  • 45

    apresentados os valores de k e propostos originalmente por Aoki & Velloso (1975), os

    valores propostos por Laprovitera (1988) e por Monteiro (1997).

    Tabela 11. Valores de k e (LOBO, 2005)

    O mtodo de Dcourt & Quaresma (1978) um mtodo expedito de estimativa da

    capacidade de carga de ruptura baseada exclusivamente em resultados de ensaio SPT.

    Inicialmente esta metodologia foi desenvolvida para estacas pr-moldadas de concreto e

    posteriormente foi estendida para outros tipos de estacas, como estacas escavadas em geral,

    hlice contnua e injetadas. Na segunda verso, Dcourt & Quaresma (1982) procuram

    aperfeioar o mtodo na estimativa da carga lateral. Deste modo, a expresso final de

    capacidade de carga proposta pelos autores e apresentada na equao (9):

    (9)

    onde, Np o mesmo Nspt mdio da ponta, Ap a seo transversal da ponta da estaca, K o

    coeficiente que relaciona a resistncia de ponta com o valor Np em funo do tipo de solo

    (tabela 12), U o permetro da estaca e Nm o mesmo Nspt mdio ao longo do fuste.

  • 46

    Tabela 12. Valores atribudos a K (DCOURT & QUARESMA, 1978, apud LOBO, 2005)

    Na determinao de Nm, os valores de Nspt menores que 3, devem ser considerados

    iguais a 3 e os maiores que 50 devem ser considerados iguais a 50. Os valores dos

    coeficientes e apresentados na tabela 13 foram sugeridos por Quaresma et al (1996). Estes

    valores so apresentados nas tabelas 13 e 14 a seguir:

    Tabela 13. Valores atribudos ao coeficiente (QUARESMA et al, 1996, apud LOBO, 2005)

    Tabela 14. Valores atribudos ao coeficiente (QUARESMA et al, 1996, apud LOBO, 2005)

    Especificamente para o clculo da capacidade de carga de estacas raiz, as frmulas

    empricas propostas por Lizzi (1982), Cabral (1986) e Brasfond (1991) so as que mais se

    destacam (SODR, 1996) e so descritas a seguir de acordo com Sodr (1996).

    Segundo Lizzi (1982), a capacidade de carga ltima da estaca raiz dada por:

    Plim = DLKI (10)

  • 47

    onde D o dimetro nominal da estaca, ou seja, o dimetro de perfurao, L o

    comprimento da estaca, K o coeficiente que representa a interao mdia entre a estaca e o

    solo, ou seja, a aderncia solo-estaca, ou as tenses induzidas no solo pela estaca, ou a coeso

    do solo, etc (tabela 15) e I, o coeficiente adimensional de forma, que depende do dimetro

    nominal da estaca (tabela 16).

    Tabela 15. Valores de K (LIZZI, 1982, apud SODR, 1996)

    Solo K(kPa)

    Mole 50

    Solto 100

    Medianamente compacto 150

    Muito compacto 200

    Tabela 16. Valores de I (LIZZI, 1982, apud SODR, 1996)

    Dimetro da estaca (m) I

    0,10 1,00

    0,15 0,90

    0,20 0,85

    0,25 0,80

    De acordo com Cabral (1986), a capacidade de carga a compresso de uma estaca raiz,

    com um dimetro final D 45 cm e injetada com uma presso 0,4 MPa, pode ser obtida

    atravs da equao 11:

    Pr = Pl + Pp (11)

    onde, Pr a carga de ruptura, Pl, a carga resistida pelo atrito lateral e Pp, a carga

    resistida pela ponta (obs: segundo a NBR 6122/1996, as estacas escavadas com injeo,

    quando no penetrarem na rocha, devem ser dimensionadas levando em conta apenas o atrito

    lateral)

    A carga resistida pelo atrito lateral (Pl) encontrada atravs da seguinte equao:

  • 48

    Pl = 01NUl (12)

    onde, N igual ao SPT (golpes/30 cm), U o permetro final da estaca, 1, um

    coeficiente encontrado a partir da tabela 17 e 0 , tambm, um coeficiente encontrado atravs

    da equao 13, com o auxlio da tabela 18.

    0 = 1 + 0,10 0,01D (13)

    onde, D o dimetro final da estaca em centmetros e a presso de injeo.

    Tabela 17. Valores de 1 e 2 (FUNDESP, 1990, apud SODR, 1996)

    Solo 1 (%) 2

    Areia 7 3

    Areia siltosa 8 2,8

    Areia argilosa 8 2,3

    Silte 5 1,8

    Silte arenoso 6 2

    Silte argiloso 3,5 1

    Argila 5 1

    Argila arenosa 5 1,5

    Argila siltosa 4 1

    Tabela 18. Valores de 0 (FUNDESP, 1990, apud SODR, 1996)

    D 0 1 2 3

    10 0,90 1,01 1,12 1,23

    12 0,88 0,99 1,10 1,21

    15 0,85 0,96 1,07 1,18

    16 0,84 0,95 1,06 1,17

    20 0,80 0,91 1,02 1,13

    25 0,75 0,86 0,97 1,08

    31 0,69 0,80 0,91 1,02

    42 0,58 0,69 0,80 0,91

  • 49

    A carga resistida pela ponta (Pp) calculada atravs da seguinte equao (14):

    Pp = 02NAb (14)

    onde, Ab a rea da base da estaca, 01N 0,2 MPa e 02N 5 MPa.

    O valor a ser adotado para deve ser analisado em conjunto com a firma executora da

    estaca.

    Para a comprovao dos valores de 0, 1 e 2, recomendada a realizao de testes,

    em provas de carga compresso, de preferncia logo no incio da obra (SODR, 1996).

    Segundo Brasfond (1991) (apud SODR, 1996), a carga de ruptura (Pr) pode ser

    encontrada atravs da equao (15):

    Pr = NpAp + NPL (15)

    onde, o coeficiente que depende do tipo de solo onde se situa a ponta da estaca, Np,

    a mdia dos valores de SPT determinados a um metro acima e a um metro abaixo da ponta da

    estaca, sendo que os valores de SPT superiores a 40 devem ser adotados iguais a 40, Ap, a rea

    da ponta da estaca, , o ndice de atrito lateral, N, a mdia dos valores de SPT medidos ao

    longo do fuste da estaca, P, o permetro do fuste da estaca e L, o comprimento til da estaca.

    A tabela 19 apresenta os valores de e em funo do tipo de solo.

    Tabela 19. Valores de e (BRASFOND, 1991, apud SODR, 1996)

    Solo (tf/m2) (tf/m2)

    Areia siltosa 8

    Silte argiloso 10

    Argila arenosa 12

    Silte arenoso 15

    Areia argilosa 18 0,5

    Areia siltosa 21

    Areia 27

    Areia com pedregulhos 30

    De acordo com BRAJA (1995), para estacas raiz executadas em argila saturada na

    condio no-drenada ( = 0), tem-se:

  • 50

    Qp = Ap[9cu(p)] (16)

    onde Qp a carga de ponta, cu(p) a coeso no-drenada da argila na ponta da estaca.

    J Qs (a carga por atrito lateral) pode ser calculada pela expresso (17):

    Qs = pcuL (17)

    sendo o coeficiente que depende do tipo de solo.

    Pode-se determinar a capacidade de carga de uma estaca, tambm, por meio de prova

    de carga, sendo, na verdade, o nico processo capaz de fornecer um valor incontestvel

    (CAPUTO, 1983) dessa capacidade. Existe a prova de carga esttica e a dinmica.

    Prova de carga esttica o ensaio que consiste na aplicao de incrementos de carga

    em estgios fundao (figura 19) com finalidade de se conhecer os deslocamentos

    associados a estes incrementos e definir qual o comportamento real do elemento de fundao

    no local onde foi executado (BENATI, 2007).

    Figura 19. Ensaio de prova de carga esttica em estaca (AUTOR, 2008)

    As cargas para este ensaio podem ser verticais ou inclinadas, compresso ou

    trao, cujo objetivo reproduzir o carregamento que este elemento estar sujeito em

  • 51

    condies de trabalho, para comparar os resultados obtidos com os valores esperados no

    projeto.

    A norma que prescreve o mtodo de prova de carga em estacas a NBR 12131/1992

    (Estacas prova de carga esttica) e a que permite sua interpretao a NBR 6122 (1996).

    So vrios os dispositivos de montagem de uma prova de carga esttica (figura 20),

    distinguindo-se tambm as tcnicas para sua execuo.

    Figura 20. Esquema de prova de carga esttica em estaca (CAPUTO, 1983)

    A NBR 6122 (1996) prescreve o seguinte: na avaliao da carga admissvel, o fator

    de segurana contra ruptura deve ser igual a 2; caso no seja atingida a ruptura, a carga

    admissvel ser adotada admitindo 1/1,5 daquela que produz o recalque (NBR 6122, 1996)

    compatvel com a sensibilidade da construo projetada. De qualquer modo, o valor que for

    adotado no pode ser superior ao que resultaria da aplicao do coeficiente de segurana 2

    carga de ruptura estimada (CAPUTO, 1983). Esta pode ser feita pela carga que conduz ao

    recalque expresso pela seguinte equao:

    (18)

    onde o recalque de ruptura convencional; P, a carga aplicada; L, o comprimento da estaca;

    A, a rea da seo transversal da estaca; E, o mdulo de elasticidade do material da estaca e

    D, o dimetro do crculo circunscrito estaca.

  • 52

    A equao acima define a carga de ruptura da estaca como aquela que provoca, alm

    do recalque elstico da estaca como elemento estrutural, um recalque plstico adicional

    correspondente a 1/30 do dimetro da estaca. Este critrio deve ser utilizado em provas de

    carga que apresentem recalques considerveis, acima de D/30 (NIENOV, 2006).

    No que diz respeito a estacas em que se prev a ao do atrito negativo, a carga

    admissvel deve ser obtida deduzindo da carga de ruptura real ou estimada a parcela prevista

    para o atrito negativo e aplicando o coeficiente de segurana 2 diferena (CAPUTO, 1983).

    Critrios definidos por Van der Veen (1953) e Mazurkiewicz (1972) permitem obter a

    provvel carga de ruptura de uma estaca. O mtodo de Van der Veen o mtodo de

    extrapolao da curva carga-recalque de provas de carga mais utilizado no Brasil (VELLOSO

    E LOPES, 2002), e a expresso que define essa curva proposta por ele a seguinte:

    ) (19)

    que tambm pode-se escrever da seguinte maneira:

    (20)

    onde P a carga correspondente ao recalque , Pr, a carga de ruptura e , o coeficiente que

    depende das caractersticas da estaca e do solo, definidor da forma da curva. Pode-se obter Pr,

    utilizando-se um diagrama semi-logartmico e por meio de tentativas.

    Mazurkiewicz (1972) apresentou um mtodo de extrapolao da curva carga-recalque,

    admitindo a curva como parablica. Para obter a carga de ruptura provvel da estaca o mtodo

    constri uma curva extrapolada por meios geomtricos (NIENOV, 2006). A construo

    grfica a seguinte: das intersees com o eixo horizontal das cargas, das verticais tiradas

    por pontos igualmente intervalados da curva, traam-se semi-retas a 45o at a sua interseo

    com a vertical imediatamente seguinte; a reta que for interpolada por estas intersees e

    prolongada at o eixo das cargas, define a provvel carga de ruptura (CAPUTO, 1983).

  • 53

    2.3.1 CLCULO DA CAPACIDADE DE CARGA DA ESTACA ENGASTADA NA

    ROCHA

    Na impossibilidade de se efetuar um teste adequado na rocha de apoio das estacas,

    convencionalmente, empregam-se as seguintes regras empricas (SALAS, ALPAES E

    GONZALEZ, 1976):

    A resistncia unitria da base igual a:

    RB = Ru (21)

    onde,

    Ru = Resistncia a compresso simples da rocha obtida atravs do Quadro 1.

    Quadro 1 - Caractersticas e propriedades mecnicas das rochas (CARNERO, 1995 modificado apud

    CARREG, BALZAN, 1998)

    = Constante em relao inclinao da superfcie da rocha, calculada do seguinte modo:

    = (0,5 + De/6B) (22)

    sendo 1, tomando-se este valor para os casos em que a equao (22) conduzir a resultados

    superiores. Os elementos apresentados representam o seguinte:

    = Constante obtida pelo quadro 2 em funo da natureza da rocha;

    De = Comprimento do engaste em rocha;

    B = Dimetro da estaca.

  • 54

    Quadro 2 - em funo da natureza da rocha (SALAS, ALPAES E GONZALEZ, 1976)

    Natureza da rocha

    - Granito, prfiro, diabsio, granodiorito 0,6

    - Calcreo 0,8

    - Cascalho, filito, micaxisto, etc. 0,3

    - Arenitos compactos 0,8

    Quanto resistncia tangencial unitria, em parte do engaste, correspondente altura

    De, e rea lateral da estaca no engaste Ae, considera-se como sendo metade do valor de RB

    calculado (como se apresenta na equao 24), no entanto, percebe-se (atravs da equao 25)

    que o limite dessa resistncia est em funo da resistncia concreto ao esforo cortante RHt

    (equao 23).

    RHt = 2,5 + fck*0,02 (23)

    No caso da rea da base Ap, conveniente estimar e aplicar um coeficiente de reduo

    r, porque a tcnica empregada (ou irregularidades naturais na superfcie da rocha onde a

    estaca est apoiada) no nos garante que no haja reas parciais de lodo. A resistncia total de

    ponta (Qp) (incluindo a transmisso lateral por engastamento) ser o menor dos seguintes

    valores (SALAS, ALPAES E GONZALEZ, 1976):

    Qp = rRBAp + 0,5RBAe (24)

    ou,

    Qp = rRBAp + RHtAe (25)

    Este procedimento emprico de Salas, Alpaes e Gonzalez (1976) foi aplicado no

    dimensionamento geotcnico das estacas raiz do estudo de caso. Entretanto, no se pode

    esquecer da importncia de se prosseguir nas investigaes do subsolo, mediante sondagem

    rotativa, que fornece dados sobre a qualidade das rochas, quanto ao seu grau de fraturamento

    (RQD Rock Quality Designation).

  • 55

    As estacas foram engastadas (em mdia, 1m) em rocha grantica, respeitando-se a

    NBR 6122/1996 que recomenda um embutimento mnimo de trs dimetros (3B). Neste caso,

    para a obteno da resistncia unitria da base, podemos adotar Ru (tomando-se como

    referncia os valores apresentados no quadro 1) como sendo 10% de 100 MPa (ou 1000

    kgf/cm2). Esta considervel reduo da resistncia a compresso simples da rocha foi em

    funo da ausncia de informaes sobre as condies da mesma (alteraes quaisquer de

    suas propriedades e caractersticas originais). Os valores apresentados no Quadro 3 foram

    utilizados para o clculo da constante .

    Quadro 3. Valores utilizados no clculo da constante

    = (0,5 + De/6B)

    Elementos da Equao Valores

    0,6

    De 1m

    B 0,3m

    Neste caso,

    = 0,63 < 1 OK!

    O Quadro 4 apresenta os valores utilizados no clculo de RB.

    Quadro 4. Valores utilizados no clculo de RB

    RB = Ru

    Elementos da Equao Valores

    Ru 100 kgf/cm2

    0,63

    Neste caso,

    RB = 63 kgf/cm2

  • 56

    A fim de obtermos a resistncia total de ponta, necessrio encontrar os demais

    elementos (Ae, Ap e RHt) que constituem a equao da mesma, atravs de expresses j

    conhecidas. O quadro 5 apresenta esses elementos e seus valores calculados:

    Quadro 5. Valores encontrados para Ae, Ap e RHt

    Elementos da Equao Valores Calculados

    Ae 9424,78 cm2

    Ap 706,86 cm2

    RHt 6,5 kgf/cm2

    Para o clculo de Qp a engenheira projetista adotou (baseada em sua experincia) o

    coeficiente de reduo r igual a 0,2. Os valores encontrados para Qp so apresentados no

    quadro 6:

    Quadro 6. Valores encontrados para Qp

    Equaes de Qp Resultados

    Qp1 = rRBAp + 0,5RBAe Qp1 = 305,8 tf

    Qp2 = rRBAp + RHtAe Qp2 = 70,2 tf

    A resistncia total de ponta da estaca apoiada na rocha , portanto, o menor dos

    valores calculados, aproximadamente 70 tf (Qp = 70 tf). Este valor foi utilizado na

    composio dos grupos de estacas que foram formados em funo da carga dos pilares,

    enquanto que, para valores de carga inferiores a 35 tf, as estacas foram dimensionadas para

    este valor padro (35 tf) e instaladas isoladamente.

  • 57

    3 - EFICINCIA DE GRUPO DE ESTACAS

    As estacas podem transmitir a carga da estrutura trabalhando isoladamente, ou podem

    trabalhar em grupos (figura 21), sendo que, um bloco de coroamento confeccionado sobre o

    grupo de estacas fazendo a ligao entre elas, normalmente, estando o mesmo apoiado no

    solo. Em alguns casos, porm, o bloco pode ser confeccionado acima do terreno (figura 22),

    como comum em estruturas martimas (BOWLES, 1982).

    Figura 21. Pilar de uma ponte fundada em grupo de 64 microestacas (PRADO, FARIA E VAZ, 2009)

    Figura 22. Bloco confeccionado acima do solo, usual de estruturas martimas (BRAJA, 1995)

  • 58

    Muitos autores tm tentado determinar a capacidade de carga de um grupo de estacas,

    mas no tem sido uma tarefa muito simples nem plenamente efetiva. Uma das razes para isso

    que, quando as estacas esto localizadas prximas umas das outras, os diagramas de tenses

    se sobrepem (figura 23) e assim a tenso total em qualquer ponto o somatrio. Desta forma

    esta tenso excede a tenso para o caso da estaca isolada (BELL, 1985). Neste caso, o ideal

    seria que as estacas em um grupo fossem espaadas de tal modo que a capacidade de carga do

    grupo no fosse inferior soma da capacidade individual das estacas. Na prtica, o

    espaamento mnimo de centro a centro entre estacas, d, 2,5D (onde D o dimetro da

    estaca) e em situaes usuais, cerca de 3 a 3,5D (BRAJA, 1995).

    Figura 23. Distribuio de tenses no solo teoria elstica (BELL, 1985)

    A eficincia da capacidade de carga de um grupo de estacas pode ser definida como a

    relao entre a capacidade ltima de carga do grupo e a capacidade ltima de cada estaca sem

    o efeito de estacas (BRAJA, 1995). Essa eficincia pode ser dada pela equao (26):

    (26)

    Onde,

    = eficincia de grupo;

    Qg(u) = capacidade ltima de carga do grupo de estacas;

    Qu = capacidade ltima de carga de cada estaca sem o efeito de grupo.

  • 59

    Muitos engenheiros projetistas tm usado uma anlise simplificada para obter a

    eficincia de grupo de estacas flutuantes, particularmente em areias (BRAJA, 1995). Esta

    anlise pode ser esclarecida com o auxilio da figura (24) abaixo:

    N de estacas no grupo

    = n1 x n2

    Lg Bg

    Figura 24. Grupo de estacas em planta (BRAJA, 1995)

    As estacas podem se comportar como um bloco com dimenses Lg x Bg x L (sendo L o

    comprimento das estacas), ou como estacas individuais, isto vai depender do espao adotado

    entre elas no grupo (BRAJA, 1995). Para evitar superposio, o espaamento das estacas pode

    ser aumentado, porm, grandes espaamentos so pouco prticos, visto que iriam requerer

    enormes e pesados blocos de coroamento, carregando tambm as estacas, a no ser que o

    bloco esteja em contato com o terreno (BOWLES, 1982). Se as estacas agirem como um

    bloco, a carga por atrito ser:

    favpgL Qg(u) (27)

    onde,

    pg (permetro da seo transversal do bloco) = 2(n1 + n2 2)d + 4D

    fav = mdia da resistncia unitria de atrito das estacas

    Similarmente, se as estacas agirem individualmente, Qu pLfav (sendo que, p = permetro da

    seo transversal de cada estaca). Desse modo:

    = = (28)

  • 60

    Conseqentemente,

    Qg(u) = (29)

    Percebe-se da equao (29) que, se o espaamento de centro a centro, d, for grande o bastante,

    > 1. Neste caso, as estacas se comportaro como estacas individuais (BRAJA, 1995). Ento,

    na prtica, se < 1,

    Qg(u) = (30)

    e, se 1,

    Qg(u) = (31)

    Feld (1943) props um mtodo simples, aproximado, de clculo da eficincia de

    grupo, por simplesmente reduzir a capacidade de carga da estaca de 1/16 para cada estaca

    adjacente (BOWLES, 1982).

    Segundo Caputo (1983), o fator de eficincia de grupo tambm pode ser dado, dentre

    outras, pela frmula emprica de Converse-Labarre:

    (32)

    onde (deg) = tan-1(D/d).

    Segundo Bowles (1982), em se tratando de algumas estruturas marinhas, onde o bloco

    de coroamento no est apoiado no solo, a capacidade do grupo pode ser dada atravs de uma

    das duas opes abaixo:

    1 Capacidade do bloco baseada no permetro cisalhado do bloco mais a capacidade

    do bloco na base das estacas para pequenas relaes d/D (onde d o espaamento mnimo de

    centro a centro entre estacas e D o dimetro da estaca) ou;

    2 Soma da capacidade individual das estacas multiplicada por , para elevadas

    razes d/D.

  • 61

    A figura 25 apresenta uma comparao de resultados de testes em campo, na argila,

    com a teoria da eficincia de grupo calculada da equao de Converse-Labarre. Apresentado

    por Brand et al. (1972) (apud BRAJA, 1995), esses testes tinham as seguintes caractersticas:

    Comprimento das estacas = 6 m;

    Dimetro das estacas = 150 mm;

    Grupo de estacas do teste = 2 x 2;

    Localizao da cabea da estaca = 1,5 m abaixo da superfcie do terreno.

    Figura 25. Variao da eficincia de grupo em funo de d/D (BRAND et al, 1972, apud BRAJA, 1995)

    Os testes foram realizados com e sem bloco de coroamento. Observa-se na figura que

    para d/D 2, a magnitude de foi maior que 1.0, nos resultados dos testes e, a eficincia de

    grupo foi maior com o bloco de coroamento do que sem o mesmo. Esses resultados foram

    muito maiores que aqueles previstos pela equao de Converse-Labarre. A figura 26 mostra o

    recalque do grupo de estacas em vrios estgios da carga teste.

  • 62

    Figura 26. Recalque de um grupo de estacas em vrios estgios da carga teste (BRAND et al, 1972, apud BRAJA, 1995)

    3.1 ESTACAS NA AREIA estudo da eficincia de grupo

    A figura 27 apresenta uma srie de resultados, de testes modelos de laboratrio,

    realizados com estacas circulares cravadas em areia compacta. Percebe-se na figura que a

    eficincia de grupo pode ser, na realidade, maior que 1.0. A razo a compactao de zonas

    do solo, criadas ao redor das estacas durante a cravao das mesmas (BRAJA, 1995).

    Figura 27. Resultados de testes modelos da eficincia de grupo de estacas em areia compacta (BRAJA, 1995)

  • 63

    Liu et al. (1985) (apud BRAJA, 1995) relatam os resultados de testes de campo em 58

    grupos de estacas e 23 estacas isoladas embutidas em solo granular. Detalhes do teste

    incluem:

    Comprimento da estaca, L = 8D 23D;

    Dimetro da estaca, D = 125 mm 330 mm;

    Tipo de instalao das estacas = perfurao;

    Espaamento das estacas no grupo, d = 2D 6D.

    Os resultados so apresentados na figura 28, que mostra o comportamento de grupos

    de estacas 3 x 3 com (b) e sem elevao (a) do bloco de coroamento em relao mdia do

    atrito superficial, fav. A figura 29 apresenta a variao da mdia do atrito lateral baseada na

    localizao da estaca no grupo.

    Figura 28 (a). Comportamento de um grupo de estacas, sem elevao do bloco de coroamento, em relao mdia do atrito

    superficial (LIU et al, 1985, apud BRAJA, 1995)

  • 64

    Figura 28 (b). Comportamento de um grupo de estacas com elevao do bloco de coroamento em relao mdia do atrito

    superficial (LIU et al, 1985, apud BRAJA, 1995)

    Figura 29. Variao do atrito lateral mdio baseada na localizao da estaca no grupo (LIU et al, 1985, apud BRAJA, 1995)

    Duas importantes concluses podem ser obtidas a partir de observaes experimentais

    do comportamento de grupos de estacas na areia (LIU et al., 1985 apud BRAJA, 1995):

  • 65

    1 - Para um grupo de estacas cravadas na areia com d 3D, Qg(u) pode ser tomado

    como sendo Qu, o que inclui o atrito lateral e a capacidade de ponta das estacas individuais;

    2- Para um grupo de estacas perfuradas na areia, com espaamento convencional (d

    3D), Qg(u) pode ser tomado como sendo 2/3 a 3/4 do Qu (atrito e capacidade de ponta das

    estacas individuais).

    3.2 ESTACAS EM ARGILA - estudo da eficincia de grupo

    A capacidade ltima de carga do grupo de estacas na argila pode ser estimada

    seguindo-se os trs passos apresentados a seguir:

    1 Determina-se o Qu = ( Qp + Qs), onde Qp e Qs so determinados,

    respectivamente, pelas equaes (16) e (17), e obtm-se a equao (33)

    Qu = [9Apcu(p) + pcuL] (33)

    onde cu(p) a coeso no drenada da argila.

    2 Determina-se a capacidade ltima de carga assumindo que as estacas do grupo

    agem como um bloco com dimenses Lg x Bg x L. A re