Post on 24-Sep-2018
MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE TUIUTI DO PARANÁ
Faculdade de Ciências Exatas e de Tecnologia Curso de Graduação em Engenharia Civil
Kátia Silva de Azevedo
Cleber Conrado Arcello
ESTUDO DA VARIABILIDADE DA RIGIDEZ EM ESTAQUEAMENTO MISTO
CURITIBA
2014
KÁTIA SILVA DE AZEVEDO
CLEBER CONRADO ARCELLO
ESTUDO DA VARIABILIDADE DA RIGIDEZ EM ESTAQUEAMENTO MISTO
Monografia apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Engenheiro Civil, Faculdades de Ciências Exatas e de Tecnologia, Universidade Tuiuti do Paraná.
Prof.Heber Augusto Cotarelli De Andrade, Msc.
CURITIBA
2014
ii
DEDICATÓRIA
Aos nossos familiares e amigos, pela companhia constante e tão querida,
sacrifício ilimitado em todos os sentidos, orações, palavras, abraços e aconchego.
Nosso eterno amor e obrigado aos nossos pais por sempre nos apoiarem nesse
processo tão difícil e por terem muita paciência.
Aos amigos de perto e de longe, pelo amor e preocupação demonstrados
através de ligações, visitas, orações e e-mails. Vocês que aliviaram nossas horas
difíceis, me alimentando de certezas, forças e alegrias. Nosso muito obrigado!
iii
AGRADECIMENTOS
É com satisfação que agradecemos a todos aqueles que contribuíram para a
realização deste trabalho. Em primeiro lugar a Deus por nos dar a vida e a saúde pra
termos condições de concluirmos esse projeto.
Aos nossos pais e irmãos expressamos nosso reconhecimento por seu
constante encorajamento e paciência. Aos professores Heber A. C. de Andrade,
Geronimo Teider Rocha e Helder de Godoy pelas constantes orientações, correções
e dedicação.
Agradecemos o Sr. Jose Carlos do Amaral por sua validosa contribuição no
incentivo à pesquisa, a Benapar por fornecer e disponibilizar seu acervo e todo
material para desenvolver esse trabalho, ao Engº. responsável pela execução da
obra Sr. Sergio Ricardo Caneri e o Geólogo Marcelo Groszownik por todo material
de campo disponibilizado indispensável para o desenvolvimento do trabalho, ao
Engº. Antônio Carlos Campos Fernandes.
Aos nossos amigos, colegas e principalmente a todos os professores, que nos
acompanharam nesse processo, e que compartilharam todos os momentos vividos
nessa jornada.
iv
RESUMO
Este trabalho descreve um estudo de caso, relacionado à variabilidade da
rigidez da estaca em estaqueamento misto em uma obra no município de Almeirim
no Pará, sendo uma fabrica de papel da empresa Jari Celulose. O trabalho foi
especificamente para o calculo de um tanque de filtrado nº 404 que serve como
reserva de material de celulose para a fabricação do papel.
Inicialmente foi dimensionada uma fundação profunda tipo estacas pré-
moldadas de concreto com seção transversal de 30 x 30cm (conforme relatório no
anexo 01), onde as mesmas eram fabricadas no próprio canteiro de obras pela
empresa contratada, ao serem realizadas as cravações das estacas notou-se que
as mesmas estavam atingintdo a nega numa profundidade inferior especificada em
projeto.
Em seguido foram aplicados os métodos empíricos de Decourt-Quaresma e
Nökkvendt para definição das cargas admissíveis e aplicadas no sistema de
estaqueamento misto, foram também analisados os ensaios de PDA (prova de
carga dimânica) e PCE (prova de carga estática) para aferição das resistências.
Foram elaboradas as isocurvas demonstrando a variação da rigidez nas
estacas.
Os objetivos foram alcançados com a realização das analises, aplicação
dos métodos e comparação dos resultados, foram detectados problemas onde as
cargas admissivels das estacas de concreto são inferiores as cargas aplicadas.
Palavras-chave
Geotecnia, Mecânica dos solos, Fundações, Fundação profunda, estacas cravadas.
v
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ............................................................................................. 9
1.1 APRESENTAÇÃO ........................................................................................ 9
1.2 OBJETIVOS ............................................................................................... 10 1.2.1 Objetivos gerais ......................................................................................... 10 1.2.2 Objetivos específicos ................................................................................. 10
1.3 PROBLEMATIZAÇÃO ................................................................................ 11
1.4 MOTIVAÇÃO E JUSTIFICATIVA ............................................................... 11
1.5 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA ................................................................ 11
2 REFERENCIAL TEÓRICO ........................................................................ 12
2.1 FUNDAÇÕES ............................................................................................. 12
2.2 SISTEMA DE INSTALAÇÕES DE ESTACAS ............................................ 14
2.2.1 Classificação em estacas moldadas e cravadas ....................................... 14
2.3 ESTACAS CRAVADAS METÁLICAS ........................................................ 14
2.4 ESTACAS CRAVADAS PRÉ- MOLDADAS ............................................... 16
2.4.1 Cravação de estacas pré-moldadas ........................................................... 17 2.4.2 Metodologia executiva ............................................................................... 17
2.5 ENSAIOS DE SOLO E DA ESTACA .......................................................... 19 2.5.1 Ensaio com sondagem standard penetration test (SPT) ............................ 19
2.5.2 Ensaio de carregamento dinâmico pile driving analyzer (PDA) .................. 21 2.5.3 Método aplicado (Nökkentved) para interação das cargas das
estacas solicitantes nas estacas ................................................................ 22
3 METODOLOGIA ........................................................................................ 25
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................. 26
4.1 SITUAÇÃO DE FATO E PROBLEMAS VERIFICADOS ............................ 26
4.2 AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS PELO MÉTODO EMPÍRICO DE DECOURT E QUARESMA E ANÁLISE DAS PROVAS DE CARGA PDA E PCE .................................................... 31
4.3 DETERMINAÇÃO DAS CARGAS DA RIGIDEZ DAS ESTACAS PELO MÉTODO NÖKKENTVED ............................................................... 35
4.3.1 Apresentação ............................................................................................. 35 4.3.2 Origem dos dados ...................................................................................... 36
4.3.3 Resultados obtidos ..................................................................................... 36 4.3.4 Memória de cálculo pelo Método de Nökkentved para
dimensionamento das cargas .................................................................... 37
4.4 ANÁLISE DA VARIAÇÃO DAS TENSÕES APLICADAS NA PLACA DE FUNDAÇÃO EM RELAÇÃO À VARIABILIDADE DA RIGIDEZ DAS ESTACAS .......................................................................................... 42
vi
4.4.1 Apresentação ............................................................................................. 42
4.4.2 Programas Computacionais ....................................................................... 42
5 CONCLUSÃO ............................................................................................ 48
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................................... 51
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Alguns tipos de fundações profundas .................................................. 13
Figura 2 Alguns tipos de luvas de emenda para estacas ................................... 16
Figura 3 Sequência de cravação de estacas ..................................................... 18
Figura 4 Montagem das formas e armações das estacas .................................. 28
Figura 5 Concretagem e fabricação das estacas ............................................... 29
Figura 6 Cravação das estacas pré-moldadas de concreto ............................... 29
Figura 7 Forma e armadura da base do tanque 404 .......................................... 30
Figura 8 Concretagem na base do tanque 404 .................................................. 30
Figura 9 Planta de locação das estacas ............................................................. 35
Figura 10 Planta com isocargas (kN) ................................................................... 43
Figura 11 Planta de isorigidez (MN.m -1) .............................................................. 44
Figura 12 Planta de fator de rigidez (adimensional) ............................................. 44
Figura 13 Planta e elevação do tanque de filtrado ............................................... 45
Figura 14 Placa de concreto com tensões máximas ............................................ 46
Figura 15 Placa de concreto com tensões mínimas ............................................. 46
Figura 16 Placa de concreto com isotensões ....................................................... 47
Figura 17 Planta com isocargas em perspectiva .................................................. 49
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Tipos de estacas .................................................................................. 14
Tabela 2 Topo de Perfis metálicos ...................................................................... 15
Tabela 3 Fatores que afetam a resistência à penetração ................................... 21
Tabela 4 Resultados dos ensaios de resistência dos corpos de prova por estaca ................................................................................................... 26
Tabela 5 Resultados de ensaios de campo PDA e PCE ..................................... 32
Tabela 6 Valores de coeficiente β ...................................................................... 33
Tabela 7 Valores de coeficiente α ....................................................................... 33
Tabela 8 Valores de NSPT por metro da sondagem 01 ...................................... 33
vii
Tabela 9 Valores de coeficiente k (Kn /m²) ......................................................... 34
Tabela 10 Parcela de atrito lateral ao longo do fuste (PL) .................................... 34
Tabela 11 Cargas admissíveis por tipos de estacas através dos ensaios ............ 35
Tabela 12 Cargas e tensões nas estacas ............................................................. 41
Tabela 13 Cargas admissíveis x cargas aplicadas ............................................... 41
Tabela 14 Cargas admissíveis x cargas aplicadas ............................................... 42
Tabela 15 Resumo da carga admissível das estacas ........................................... 48
Tabela 16 Resumo das cargas máximas aplicadas nas estacas .......................... 49
LISTA DE SIGLAS
ABEF Manual de execução de fundações e geotecnia
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
NBR Norma Brasileira
PDA Ensaio de carregamento dinâmico pile driving analyzer
PCE Prova de carga estática
SPT Ensaio com sondagem standart penetration test
LISTA DE SÍMBOLOS
Estaca pré-moldada
Estaca metálica
A Área da seção das estacas
L Comprimento das estacas
V Carga concentrada total da estrutura
My Momento na direção de y
z Distância da estaca ao centro da estrutura
D2 Distância ao quadrado da estaca ao centro da estrutura
Fck Resistência característica a compressão
Fcd Resistência de cálculo a compressão
σesc Tensão de escoamento
8
σrup Tensão de ruptura
Ni Carga na estaca
MPa Mega Pascal
kN Kilo Newton
Si Rigidez da estaca ou fator de proporcionalidade
si Valor relativo da rigidez
E Módulo de elasticidade
∑si Somatório de si
∑si.z2 Somatório de si vezes a distancia ao quadrado
σ1 Tensão principal
σ2 Tensão principal na direção x ou y
Mm Momento principal na direção x ou Y
ANEXOS
Anexo 01 Memória de cálculo EGEL referente ao 1º projeto
Anexo 02 Planta de locação das estacas conforme 1º projeto
Anexo 03 Controle técnologico do concreto para fabricação das estacas
Anexo 04 Planilha com a descrição dos resultados dos ensaios de controle técnologico por estaca
Anexo 05 Relatorios de campo de cravação de estacas pre moldadas
Anexo 06 Projeto revisado com estacas metálicos e pre moldadas
Anexo 07 Relatorios de ensaios PDA e PCE
Anexo 08 Sondagem para utilização dos ensaios
viii
9
1 INTRODUÇÃO
1.1 APRESENTAÇÃO
O presente trabalho trata de um estudo de caso da variação da capacidade
de suporte de cada estaca implantada, de concreto e de aço de uma obra localizada
no município de Almeirim PA, onde foi executada a ampliação de uma fabrica de
papel da empresa Jari Celulose. O tanque em especifico a ser estudado é o de
Filtrado numero 404 com altura de 27,00 metros e bloco de coroamento com
diâmetro de 10,25 metros, localizado na área de cozimento da fabrica onde ocorre o
armazenado do material de celulose para fabricação do papel.
Foram utilizados dois tipos de estacas simultaneamente com características
diferentes, por esse motivo as capacidades de carga de cada estaca são variáveis
em função de suas rigidezes, dos comprimentos individuais, das áreas das seções
transversais, dos módulos de elasticidade, das localizações em relação ao conjunto,
de acordo com o Método de Nökkentved, segundo Alonso, 1998.
Inicialmente a análise foi uma análise para o projeto original qual foi
concebido para 69 estacas de concreto pré-moldado com 18,00 metros de
comprimento dispostas linearmente sob o bloco de coroamento de concreto armado
(conforme anexo 02).
Considerando que o projeto original foi considerado inexequível por não ser
possível a cravação completa, sendo revisado e modificado para utilização
simultânea de dois tipos de estacas. O projeto original foi reprovado porque as
estacas apresentando a nega com profundidades próximas de 9,50 metros.
No projeto revisado foram previstas 57 estacas metálicas com perfil ASTM
A36 H167 x 321 mm com 22,00 metros de profundidade juntamente com as 60
estacas pré-moldadas de concreto armado seção 30 x 30 cm com 10,00 metros de
profundidade.
A análise das cargas deste trabalho foi utilizada pelo método de Nökkentved
o qual requer um eixo com dupla simetria para estaqueamento misto, segundo
Alonso, (1998).
No capítulo primeiro são apresentados os aspectos gerais do trabalho, os
objetivos gerais e específicos, a metodologia, a justificativa e demais parágrafos.
10
O referencial teórico está amplamente exposto no capítulo segundo
apresentando os conceitos de fundações, sistemas de instalações, estacas
metálicas, estacas pré-moldadas, ensaio de Prova de Carga Estática – PCE, Ensaio
de Carregamento Dinâmico – PDA e Sondagem Standard Penetration Test – SPT.
Apresenta-se os conceitos e definições que serão explorados no presente
estudo. Em seguida, no capítulo terceiro, a metodologia descreve a sequência deste
trabalho com início na revisão bibliográfica até as conclusões finais.
No capítulo quarto serão desenvolvidos os estudos, discussões e resultados
das análises para avaliação das capacidades de carga das estacas pelo método de
Décourt e Quaresma, determinação das cargas pelo Método de Nökkentved e
avaliação da variação das tensões aplicadas na placa de fundação em relação à
variabilidade da rigidez das estacas.
Em seguida serão abordados os resultados finais e a conclusão dos objetivos
e, também, sugestão para continuidades deste trabalho.
1.2 OBJETIVOS
1.2.1 Objetivos gerais
Avaliar o comportamento de estaqueamento misto quanto a variação da
rigidez das estacas de concreto e metálicas para a fundação do tanque de pré-
filtrado utilizado para a reserva de material de celulose para fabricação de papel, da
fábrica de papel Jari Celulose localizada no Município de Almeirim/PA.
1.2.2 Objetivos específicos
Os objetivos específicos são:
• Identificar os problemas encontrados na obra que resultaram na alteração
do método previamente determinado pelo projetista, estacas pré-moldadas para
estacas metálicas;
• Avaliação da capacidade de carga das estacas pelos métodos empírico de
Decourt e Quaresma e análise das provas de carga PDA e PCE
• Cálculo da carga nas estacas pelo Método Nökkentved considerando a
variação da rigidez das estacas;
11
• Analisar a variação das tensões aplicadas na placa de fundação em
relação à variabilidade da rigidez das estacas.
1.3 PROBLEMATIZAÇÃO
A utilização simultânea de tipos diferentes de estacas provoca alteração na
rigidez individual de cada estaca sobrecarregamento algumas e aliviando outras,
podendo provocar recalques diferenciais e deformações da placa de fundação.
Diante desta possibilidade, neste estudo, serão realizados os estudos da
variabilidade da rigidez no estaqueamento.
1.4 MOTIVAÇÃO E JUSTIFICATIVA
A motivação e justificativa deste estudo têm como principal fundamento a
garantia da estabilidade da obra e, consequentemente, de segurança para seus
usuários.
O conhecimento antecipado do comportamento estrutural oferecerá condição
de analisar um reforço de armadura para absorver o acúmulo de tensões na placa.
1.5 DELIMITAÇÃO DO PROBLEMA
O presente trabalho propõe a análise da rigidez do estaqueamento misto
conforme citado acima, no entanto, não serão avaliados os tipos de estacas
diferentes das aplicadas na obra (metálica e concreto).
A análise não abordará aspectos eventuais e extraordinários de utilização,
cargas horizontais provenientes dos ventos excessivos e aquecimento das bases do
tanque em função do estoque de materiais com altas temperaturas.
Toda a discussão será embasada nos projetos executivos, memórias de
cálculo, relatórios de campo e ensaios realizados durante a execução da obra.
12
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 FUNDAÇÕES
A Fundação é definida como sendo “elemento estrutural que transfere ao
terreno as cargas que são aplicadas à estrutura. Consequentemente, o terreno é
elemento de uma fundação” implicando que o “conhecimento de suas
propriedades, ou melhor, do seu comportamento quando submetido a
carregamentos, dependera o desempenho da fundação.” (OLIVEIRA, 1998, p.
381).
Para Oliveira (1998) deve-se levar em consideração o tipo de fundação e o
meio natural e a interação com a estrutura sendo que para poder fazer as
escolhas dos tipos de fundações aplicadas no projeto deve-se distinguir as
condicionantes geológicas para a escolha da solução.
Dentro destes aspectos uma boa investigação e prospecção do subsolo é
de fundamental importância para se ter o modelo geológico-geotécnico adequado
“para compreender o comportamento dos maciços naturais.” (DALATIM, 2013).
A fundação muitas vezes é vista como um sistema autônomo e estrutural,
um comportamento desassociado das outras estruturas, porém seu
comportamento tem enorme influência na totalidade da obra bem como em sua
circunvizinhança tornando-as uma só, como afirma (LEGGET, 1962) e descreve
este aspecto na citação abaixo:
Todas as estruturas de engenharia têm de ser suportadas, de alguma maneira, pelos materiais que formam a parte superior da crosta terrestre. Existe, portanto uma conexão inevitável entre as condições geológicas e o projeto de construção de fundação. (LEGGET apud OLIVEIRA, 1998: p. 381).
Sendo assim dizemos que a fundação se caracteriza pela função de
transmissão de cargas das estruturas superiores como lajes, vigas, pilares entre
outros e a fundação faz parte e integra esses sistemas de estruturas. (OLIVEIRA,
1998).
Para Schnaid (2000) ”O reconhecimento das condições do subsolo
constitui pré-requisito para projetos de fundações seguros e econômicos”, estas
13
informações são extremamente necessárias para os projetos de fundações terem
excelente desempenho.
Oliveira (1998) divide as fundações em superficiais e profundas. As
fundações superficiais também são conhecidas como rasa ou direta, sua
principal característica é que a carga é transmitida, predominantemente sob a
base da fundação. Outra característica desse tipo de fundação é que a
profundidade de assentamento da base é menor que o dobro de sua base. A
fundação superficial é caracterizada em radier, bloco, sapata, sapata associada
ou radier parcial, sapata corrida e viga de fundação. As fundações profundas
“estão assentes a uma profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão
em planta”, ou seja, a profundidade da fundação é superior a duas vezes sua
base. Porém Oliveira também afirma que essa dimensão de profundidade pode
ser menor desde que , e em casos excepcionais, sejam justificáveis pela
capacidade de suporte de carga do solo. Alguns tipos de fundação profunda
como estaca pré-moldada, estaca tipo franki, estaca escavada e tubulão.
(OLIVEIRA, 1998)
As fundações cravadas e moldadas in loco (escavadas) podem ser
ilustradas na figura abaixo:
Figura 1 Alguns tipos de fundações profundas
Fonte: Adaptado de (OLIVEIRA, 1998, p. 383).
14
2.2 SISTEMA DE INSTALAÇÕES DE ESTACAS
2.2.1 Classificação em estacas moldadas e cravadas
“As fundações profundas podem se classificadas segundo vários critérios”. De
acordo com o material, podem ser classificadas em de madeira, de concreto, de aço
e mistas. De acordo com o processo executivo, as estacas podem ser separadas
segundo o grau de deslocamento do solo que provocam ao serem executadas.
(VELLOSO, 1998).
Segundo Velloso (1998), as estacas podem ser classificadas como:
A) De deslocamento: onde estariam as estacas cravadas em geral, uma vez que
o solo no espaço que a estaca vai ocupar é deslocado horizontalmente, e.
B) De substituição, onde estariam as estacas escavadas em geral, uma vez que
o solo no espaço que a estaca vai ocupar é removido, causando algum nível de
redução nas tensões horizontais geostáticas.
Tabela 1 Tipos de estacas
Estacas
Madeira
pre moldadas de concreto
tubos de aço de ponta fechada
tipo franki
microestacas injetadas
Perfis de aço
Tubos de aço de ponta aberta
estacas helice especiais
Escavadas com revestimento metalico
perdido que avança à frente da escavação
estaca raíz
Escavadas sem revestimento ou com uso
de lama
Tipo Strauss
Estaca Helice contínua em geral
Grande
Pequeno
De deslocamento
Tipo de execução
De substituição
Sem deslocamento
Fonte: Adaptado de (Velloso e Lopes, Fundações : Criterio de projeto, invetigação
subsolo, fundações superficiais, fundações profundas. Vol completo p.182.)
2.3 ESTACAS CRAVADAS METÁLICAS
“ As estacas metálicas são constituídas por peças de aço laminado ou
soldado tais como perfis de seção I e h, chapas dobradas de seção circular (tubos),
quadrada e retangular bem como os trilhos”.(NIYAMA, 1998).
Alonso (2000) caracteriza as estacas metálicas como constituídas de tubos
metálicos, trilhos e perfis compostos ou simples como “I”, “H”, “U”, também
15
estipula a faixa de capacidade de carga entre 400 a 3000 kN e é considera a
estaca mais cara por capacidade de carga. Apesar disso as estacas metálicas
apresentam condições vantajosas em relação a outras estacas como, por
exemplo, menor vibração na cravação principalmente os perfis simples, podem
eliminar vigas de equilíbrio quando suportam pilares de divisa, serve de
escoramento, podem ser usadas de reforço de fundação e aceitam emendas
soldadas, entre outras.
As estacas metálicas são estacas que oferecem maior capacidade de carga
por unidade de área de seção, elas são indicadas para terrenos com perfil geológico
irregular, com muitas pedras ou matações, ou estacas muito curtas, onde se torna
difícil e muitas vezes até impossível a cravabilidade das estacas de concreto armado,
segue abaixo tabela 2 com tipos de e denominação de perfis metálicos. (NIYAMA,
1998).
Tabela 2 Topo de Perfis metálicos
Tipo de perfil Denominação Area cm² Peso (N/m) Carga Maxima(Kn)
H 6" x 6" 47,3 371 400
I 8" x 4" 34,8 273 300
I 10" x 4 5/8" 48,1 377 400
I 12 x 5 ¹/4" 77,3 606 700
TR 25 31,4 246,5 250
TR 35 40,9 320,5 350
TR 37 47,3 371,1 400
TR 45 56,8 446,5 450
TR 50 64,2 503,5 550
TR 57 72,6 569 600
Trilhos C.S.N.
Perfis
laminados
C.S.N
Fonte: Adaptado de Niyama, 1998 p. 377.
De acordo com a NBR 6122/2010 as estacas devem ser dimensionadas com
uma área útil menor do que as especificadas pelos seus fabricantes nos catálogos.
Segundo a NBR 6122/2010 o coeficiente de segurança contra a ruptura deve ser
maior ou igual a 2,0. Sendo que é possível trabalhar com um fator de segurança
menor como, por exemplo, de 1,6 desde que seja executada uma prova de carga
prévia nas estacas antes do detalhamento do projeto de fundações.
16
O valor dessa carga de ensaio será definido na NBR 6122/2010, onde está
em discussão, e dependerá, inclusive, da quantidade de provas de carga a serem
realizadas, mas sempre será um valor inferior ao valor da carga de trabalho.
2.4 ESTACAS CRAVADAS PRÉ- MOLDADAS
As estacas pré-moldadas de concreto armado são a opção mais indicada
para terrenos com presença de água e com possibilidade de desmoronamento. Sua
capacidade de carga é dada pelo atrito lateral gerado pelo esforço de cravação e
pela resistência de ponta. Segundo Alonso (1998) estas estacas têm cargas
nominais entre 180 e 1300 Kn, variando seu diâmetro de 15 a 42 cm.
Alonso (1998) afirma que “As estacas pré-moldadas podem ser constituídas
por um único elemento estrutural (madeira, aço, concreto armado ou protendido) ou
pela associação de dois elementos (e não mais do que isto, quando será
denominada “estaca mista”).
Se as estacas pré-moldadas necessitarem de emendas, elas devem ser
projetadas e cravadas de forma que impeça a separação entre os elementos
emendados, também deve manter o alinhamento e suportar as cargas de trabalho
da estaca. As emendas das estacas pré-moldadas podem ser por luvas de aço
soldadas ou apenas encaixadas, como mostra a figura 2. (BENAPAR, 2012).
Figura 2 Alguns tipos de luvas de emenda para estacas
Fonte: Adaptado de catálogo técnico Benapar.
17
Referente o espaçamento das estacas, conforme NBR 6122/2010 adota-se
um espaçamento mínimo de 2,5 vezes o diâmetro da estaca, nunca sendo inferior a
60 cm.
2.4.1 Cravação de estacas pré-moldadas
As tensões de cravação das estacas devem ser sempre inferiores à tensão
característica do concreto, recomenda-se por norma que sejam inferiores a 0,85 fcd.
“Como as tensões de compressão que surgem na cabeça da estaca no momento de impacto são diretamente proporcionais à altura de queda do martelo, para evitar o esmagamento da cabeça da estaca deve-se trabalhar com altura de queda pequenas, em geral não maiores que 1,00m, e adotar amortecedores. Assim quando a estaca precisa ser cravada a grande profundidade ou penetrar camadas resistentes, devem-se adotar martelos mais pesados, é comum se empregar martelos de até 40 kN ou mesmo mais pesados”. (VELLOSO, 1998: p. 381).
2.4.2 Metodologia executiva
Quando da execução da cravação das estacas serão emitidos Boletins de
previsão de negas, repiques e Boletins de controle da cravação de cada estaca. O
sistema de cravação das estacas será dimensionado de modo a levar a estaca até a
profundidade prevista para a sua capacidade de carga, sem danificá-la. Com esta
finalidade, serão usados martelos mais pesados, com menor altura de queda que é
mais eficiente do que martelos mais leves, com grande altura de queda, mantendo o
mesmo conjunto de amortecedores. (AMARAL, 2010)
A cravação será sempre bem ajustada e com todos os elementos
constituintes, tanto estruturais quanto acessórios, em perfeito estado, a fim de evitar
quaisquer danos às estacas durante a cravação. No caso de estacas com
capacidade de carga até 1 MN, quando empregado martelo de queda livre, a relação
entre o peso do martelo e o peso da estaca será a maior possível, não serão
adotados martelos cujo peso seja inferior a 15 KN, nem relação entre peso do
martelo e o peso da estaca inferior a 0,7. O Bate-estacas se movimentará sobre
rolos, pranchas ou esteira, sendo constituído de chassis reforçado e torre rígida,com
altura compatível com os maiores elementos de estacas a serem cravados.
(AMARAL, 2010)
18
No caso em que a cota de arrasamento estiver abaixo da cota do plano de
cravação, poderá ser utilizado um componente suplementar, denominado prolonga
ou suplemento, desligado da estaca propriamente dita. Este suplemento será
retirado após a cravação. (AMARAL, 2010)
A Equipe de cravação das estacas será responsável pelo posicionamento do
componente a ser soldado sobre a estaca já cravada, devendo o elemento superior
seguir a inclinação do elemento inferior, buscando um bom assentamento perimetral
dos anéis de chapa das estacas, e axiliada das partes emendadas. Verificação do
estado do topo do elemento inferior, se danificado, deverá ser recomposto,
retomando a cravação somente após decorrido o tempo necessário à cura da
recomposição. Limpar os anéis com escova metálica apropriada, retirando-se terra,
óleo ou graxa que eventualmente possam existir. Proceder à soldagem perimetral
dos anéis de emenda, utilizando eletrodos de diâmetro máximo igual ao diâmetro
máximo igual ao da espessura da chapa. Os eletrodos utilizados serão de acordo
com a especificação do projetista ou fabricante. Cravar novos componente quando
necessários até que se obtenham as negas e repiques previstos no boletim.
Registrar os valores no boletim de controle de cravação de cada estaca. (AMARAL,
2010)
Quando previstos ou observados esforços significativos de tração decorrentes
da cravação, o processo de cravação será ajustado de modo a minimizar tais
esforços, para não colocar em risco a estaca, como mostra na figura 3. (BENAPAR,
2012).
Figura 3 Sequência de cravação de estacas
Fonte: Adaptado de catalogo técnico Benapar
19
2.5 ENSAIOS DE SOLO E DA ESTACA
2.5.1 Ensaio com sondagem standard penetration test (SPT)
A sondagem a percussão é o ensaio de simples reconhecimento do solo para
dimensionamento de capacidade de carga em fundações. Seu procedimento de
execução está normalizado através da NBR 6484 e de modo mais completo no
manual de especificações e procedimentos da ABEF. (AMARAL, 2002)
Os dados obtidos através dos ensaios são:
a) A determinação dos tipos de solo em suas respectivas profundidades
de ocorrência;
b) A posição do nível de água;
c) Os índices de resistência à penetração (NSPT) a cada metro;
A NBR 6484 determina que, para o ensaio siga o padrão, o peso deve ser de
650 N e descer em queda livre de altura de 75 cm. A energia padrão de cravação
transmitido ao amostrador deve ser garantida. Para isso, não se permite que mudem
sequencias executivas que possam afeta-lo tais como:
1) Mudança do tipo de cabo de levantamento do martelo do material de
sizal (o padrão) para cabo de aço, com ou sem roldana.
2) Uso de coxim e cabeça de bater;
Podemos citar alguns problemas executivos que causam variações na energia
padrão:
- Desgaste e diminuição da seção da corda
- Curvatura das hastes
- Mudança da forma do martelo e da cabeça de bater pelo desgaste
- Variação do procedimento quanto ao fim da perfuração por lavagem e inicio
da perfuração com a cravação do amostrador padrão, queda do amostrador com
certa altura, no seu posicionamento inicial, antes da contagem dos golpes do
martelo.
Schnaid, (2000) descreveu os seguintes fatores que causam variação na
energia transferida:
20
a) Martelo - energia transferida pelos diferentes mecanismos de
levantamento e liberação, massa do martelo, uso de cepo de madeira no martelo;
b) Hastes – peso e rigidez, comprimento, perda de energia nos
acoplamentos.
c) Amostrador – integridade da sapata cortante uso de válvula, uso de
revestimento plástico interno (prática americana).
A tendência moderna recomenda a medida de energia para cada pratica,
sendo a norma ASTM d.4.633-86 indicada para tal finalidade.
Embora a NBR 6484 estabeleça um padrão rígido que leve a uma energia
padrão, Belicanta mediu eficiências para uma composição – tipo de 14 metros de
comprimento e valores na faixa de 65 a 80% foram encontrados.
O ensaio realizado no Brasil, segundo a NBR 6484, Teria uma energia média
de 66% segundo Schnaid, (2000). O valor de NSPT padrão mundial é o de uma
energia de 60%%. Este valor de NSPT é chamado N60 ou de NSPT 60.
Os valores de N são extremamente sensíveis a variações de eficiência.
Há variações que são nerenes aos próprios ensaios e não podem ser
corrigidas:
- à medida que aumenta a profundidade do furo a quantidade de hastes
aumenta, diminuindo a energia transferida para a cravação do amostrador.
- à medida que a profundidade aumenta, aumenta a tensão efetiva que o
maciço exerce sobre o ponto onde existe a retirada da amostra e a contagem dos
golpes do martelo. Portanto, numa mesma sondagem, o mesmo valor do NSPT a
diferentes profundidades ocorre com solos submetidos a tensões efetivas distintas. A
resistência à penetração aumenta linearmente com a profundidade e, portanto com a
tensão efetiva. (SCHNAID, 2000)
Fatores ligados ao método de estabilização
1) Perfuração não revestida e não preenchida totalmente com água
2) Uso de bentonita.
Schnaid descreveu para os solos granulares os fatores que afetam a
resistência à penetração conforme tabela 3.
21
Tabela 3 Fatores que afetam a resistência à penetração
FATOR INFLUENCIA
INDICE DE VAZIOS Redução do indice aumenta a res is tencia à penetração
TAMANHO MÉDIO DA
PARTICULA
Aumento do tamanho médio aumenta a res is tencia à
penetração
COEFICIENTE DE
UNIFORMIDADE
Solos uni formes apresentam menosr res is tencia a
penetração
PRESSÃO NEUTRASolos finos densos di latam aumentando a res is tencia ;
solos finos muito fofos podem se l iquefazer no ensaios
ANGULOSIDADE DAS
PARTICULAS
Aumento da angulos idade aumenta a res is tencia à
penetração
CIMENTAÇÃO Aumenta a res is tencia
NIVEL DE TENSÕES Aumento de tensão vertica l ou horizontal aumenta a
res is tencia
IDADE Aumento da idade do depós ito aumenta a res is tencia .
Fonte: Adaptado de Amaral, 2002.
A correção do valor medido de NSPT para considerar ao efeito da variação da
tensão efetiva é pratica recomendável em solos coesivos, a resistência à penetração
é função da resistência não drenada. Os fatores que a influenciam são a plasticidade,
sensibilidade e fissuração da argila. (SCHNAID, 2000).
2.5.2 Ensaio de carregamento dinâmico pile driving analyzer (PDA)
Ensaio útil para avaliação da capacidade de carga das estacas é o ensaio
dinâmico conhecido como Prova de Carga Dinâmica (PDA) e também é
extremamente importante para avaliação do desempenho da estaca da fundação e
as provas de carga dinâmica serão realizadas conforme a NBR 13.208 da ABNT. O
carregamento deverá ser aplicado dinamicamente, através de golpes de um sistema
de percussão e a medição é feita através da instalação de sensores no fuste da
estaca. São usados dois pares de sensores, um transdutor de deformação
específica que gera uma tensão proporcional à deformação sofrida pelo material da
estaca durante o golpe e um acelerômetro, que gera uma tensão proporcional à
aceleração das partículas da estaca.(GROSZOWNIK, 2013 )
O sinal de cada um dos transdutores de deformação é multiplicado pelo
módulo de elasticidade do material da estaca e pela área de seção na região dos
sensores, para obtenção da evolução da força em relação ao tempo. Por isso esses
transdutores às vezes são chamados de sensores de força. O PDA tira a média dos
22
dois sinais de força assim obtidos, a fim de detectar e compensar os efeitos da
excentricidade do golpe. O sinal de cada um dos acelerômetros é integrado, para
obtenção da evolução da velocidade de deslocamento da partícula com o tempo.
Por isso esses transdutores às vezes são chamados de sensores de velocidade. Da
mesma forma que os sinais de força, o PDA também trabalha com a média dos dois
sinais de velocidade assim obtidos. (GROSZOWNIK, 2013)
A capacidade de carga é calculada pelo PDA entre dois golpes sucessivos
por um algoritmo simplificado, chamado de Método CASE. Esse resultado só é
válido para estacas homogêneas, e tem que ser confirmado posteriormente por pelo
menos uma análise CAPWAP. O PDA fornece em campo outros resultados, como
máximas tensões durante o golpe e energia máxima transferida. O controle de
capacidade de carga será por estaca, equipamento de bate estacas não incluído na
proposta. Escavações no entorno das estacas também não estão incluídas na
proposta. Conforme a NBR 13.208 da ABNT é necessário ensaiar 5% das estacas
da obra. (GROSZOWNIK, 2013)
2.5.3 Método aplicado (Nökkentved) para interação das cargas das estacas
solicitantes nas estacas
As cargas das estruturas como lajes, vigas, pilares entre outras são
distribuídas paras as estacas através de blocos de coroamento e o conjunto de
estacas consolidadas pelos blocos, é chamado de estaqueamento. Para critérios de
cálculos dessas fundações os métodos desprezam a contenção lateral do solo, os
esforços laterais são absorvidos por flexão das estacas, também consideram as
estacas birrotuladas na ponta e no topo. (ALONSO, 1998.)
Os métodos mais conhecidos são os de Schiel e Nökkentved e não considera
interação solo estrutura, modelos mais sofisticados que levam em consideração
essa interação ainda estão em desenvolvimento. Segundo Alonso 2013, Schiel
adota algumas hipóteses para seu método, essas hipóteses estão descrita abaixo:
O bloco de coroamento é considerado rígido, deformam infinitamente
menos que as estacas;
As estacas obedecem a lei de Hoock, quanto a deformação;
23
A carga de cada estaca é proporcional ao deslocamento de seu topo,
que causa encurtamento elástico;
Adota-se um sistema de eixos cartesianos;
Não considera ação do solo;
As estacas são admitidas como hastes birrotuladas;
O método de Nökkentved é mais simplificado que o método de Schiel, este
ultimo utiliza cálculos matriciais que facilitam a programação automática, porem o
outro método apresenta-se de forma mais expedita do ponto de vista pratico e
ambos os métodos utilizam as mesmas. (ALONSO, 1998).
Outro ponto citado por Alonso, 1998, que é aplicado em ambos os métodos é
que “a relação entre o deslocamento entre o topo da estaca e sua carga é dada pelo
fator de proporcionalidade Si= Ei. Ai / li denominado rigidez da estaca”. Se for pego
uma estaca que sofreu encurtamento Δl, a carga será Ni = Si . Δli , o valor relativo da
rigidez para um caso de estaqueamento misto é dado pela divisão dos fatores de
proporcionalidades diferentes para materiais das estacas diferentes e iguais mas
materiais iguais, quando o material das estacas são iguais, o resultado da divisão é
si = 1.
Alonso afirma que para estaqueamentos simétricos o Ni pode ser obtido pela
seguinte formula:
Onde:
- Ni – Carga na estaca;
- V – Carga global vertical de calculo;
- H – Carga global horizontal de calculo;
- M – Momento global de calculo;
O método de Nökkentved não é especifico para estaqueamentos simétricos,
ele pode ser aplicado em estaqueamento geral ou em estaqueamentos de simetria
dupla com estacas mistas, pois “o cálculo é feito projetando-se o estaqueamento nos
dois planos de simetria,” sendo que a parcela do seno, sen α, não é aplicada em
todas as estacas. Alonso afirma que existe uma necessidade de pesquisa da
24
posição das estacas em relação à origem dos eixos xy. Como no exemplo da figura
acima. (ALONSO, 1998).
Para Alonso, 1998 a formula usada a esse tipo de estaqueamento pode ser
descrita desconsiderando o sen α, utilizando a carga total da estrutura e o momento
em uma direção e o valor relativo da rigidez:
Onde:
- Ni – Carga na estaca;
- V – Carga global vertical de calculo;
- H – Carga global horizontal de calculo;
- My – Momento global de calculo;
- Si – Rigidez da estaca ou fator de proporcionalidade;
- si – Valor relativo da rigidez;
- E – Módulo de elasticidade;
- ∑si – Somatório de si;
- zi – Distancia das estacas ;
- zi2 – Somatório de si vezes a distancia ao quadrado;
- ∑si. z2 – Somatório de si vezes a distancia ao quadrado;
25
3 METODOLOGIA
O trabalho será realizado, inicialmente, pela pesquisa e revisão bibliográfica
dos assuntos relacionados ao tema.
O estudo de caso em questão foi escolhido pela complexidade e relevância
técnica.
Sob o ponto de vista de capacidade de carga de cada estaca utilizada e pelas
condições adversas encontradas no local da obra.
Aplicação dos métodos de cálculo de Decourt e Quaresma e Nökkentved para
apontamento dos resultados.
Análise dos ensaios de campo, com enfase nas provas de carga de PCE e
PDA.
Análise dos resultados adquiridos pelos métodos propostos e dos resultados
plotados em (softwares) especializados.
Elaboração da conclusão do estudo, bem como do relatório final do trabalho
de conclusão de curso (TCC).
26
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 SITUAÇÃO DE FATO E PROBLEMAS VERIFICADOS
Neste capítulo serão abordados os complicadores do processo executivo, os
quais resultaram na alteração da solução inicialmente proposta que era a utilização
de estacas pré-moldadas de concreto para estacas metálicas.
As estacas, conforme projeto, tinham 18,0 metros de comprimento sendo
divididas em duas partes com 10,0 e 8,0 metros com uma luva metálica para
emenda. Tais emendas seriam inseridas no momento da cravação.
As estacas foram produzidas no próprio canteiro de obras, com concreto fck
indicado em projeto de 30 MPa, porém os ensaios realizados no local da obra
comprovaram o fck utilizado de 31,19 MPa, Os traços utilizados foram classificados
em dois grupos denominados de A e B. O traço A nas proporções 1:1, 6:2, 82
A/C=0,5 e o traço B nas proporções 1:1,6:2,4 A/C=0,5 todos com a taxa de 460 kg
de cimento por m³ (conforme anexo 03). Segundo informações do próprio
engenheiro houve o controle tecnológico dos concretos com definição e
acompanhamento minucioso dos traços, amassamento, transporte, lançamento,
adensamento e cura úmida.
Abaixo tabela com resultados obtidos dos ensaios de corpo de prova
(conforme anexo 04) considerando o modulo de elasticidade e o traço de concreto
utilizado das 117 estacas do Tanque 404 e algumas estruturas adjacentes.
Tabela 4 Resultados dos ensaios de resistência dos corpos de prova por estaca
Fonte: Próprios autores
1 3 7 21 28
1 a 9 9 30672 A1,6;2,82 A/C 0,5 0 21,7 23,6 35,6 42
1 a 9 9 30672 A1,6;2,82 A/C 0,5 0 19,9 24,1 36,2 41,7
10 a 17 8 30672 A1,6;2,82 A/C 0,5 6,6 22,2 27,5 32,4 35,8
18 a 26 9 30672 A1,6;2,82 A/C 0,5 3,6 19 24,5 31 35,1
27 a 32 7 30672 A1,6;2,82 A/C 0,5 0 18 28 32,8 35,2
33;34 2 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 0,9 18,8 24,2 27,9 33
35;36 2 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 2,6 25 29,3 33,3 35,7
37 a 49 17 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 2,6 19,6 25,6 31,5 0
50 a 58 6 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 2,6 19,5 23,4 26,5 0
59 a 69 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 2,5 19,5 25,3 29,4 0
70 a 75 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 6,2 18,5 25,2 0 0
76 a 82 9 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 0,3 18,9 26,1 26,3 0
83 a 91 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 2,7 18,5 28,3 31,7 0
92 a 98 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 7,9 19,2 25,1 26,4 0
99 a 115 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 7,8 19,2 23,1 0 0
117 a 133 7 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 9,9 19,6 25,2 0 0
134 a 148 8 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 0,2 19,4 27,7 0 0
149 a 157 9 30672 B1,6;2,40 A/C 0,5 5,4 19,4 26,6 0 0
Traço do concreto taxa
460kg/m3
Resistência (Mpa)
ESTA
CAS
CRA
VA
DA
S
PRÉ-
MO
LDA
DA
S
Numero das Estacas Quantidade (un)
Módulo de
eslasticidade
(Mpa)
27
O fck do concreto aos 28 dias utilizados no concreto das estacas foi aferido
pelo procedimento a seguir:
Sdfcmfck 645,1
Onde: concreto do compressão a ticacaracterís aresistênci fck
prova de corpos dos média aresistênci fcm
amostragem da padrão desvio Sd
O desvio padrão foi obtido, através da Curva de Gauss, pela expressão:
1
2
n
fcmfccSd
i
Os corpos de prova apresentaram os resultados abaixo:
MPa. 35,7
MPa; 33,0
MPa; 35,2
MPa; 35,1
MPa; 35,8
MPa; 41,7
MPa; 42,0
7
6
5
4
3
2
1
fcc
fcc
fcc
fcc
fcc
fcc
fcc
O fck obtido foi de 31,19 MPa, porém considerando a solidez que as primeiras
estacas cravadas (menos de 10%) tinham ao oito dias, com resistência aproximada
de 20 MPa, foi possível permitir que a equipe de campo iniciasse a cravação.
Após iniciada a cravação, foram verificadas negas com aproximadamente
9,50 metros, ou seja, não era possível a cravação de 18,00 metros conforme
especificação em projeto porque as estacas estavam quebrando com os excessivos
golpes em suas cabeças (conforme anexo 05).
Diante desta situação, ficou evidenciado um grande problema, inclusive
norteador desta pesquisa e estudo de caso, onde os comprimentos cravados
estavam inferiores aos especificados em projeto, resultando menores capacidades
de suporte para toda a fundação em relação ao projeto.
A primeira medida adotada foi consultar o projetista, o qual alterou o projeto
recomendando a utilização simultânea das estacas de concreto com 10,0 metros de
comprimento e estacas metálicas com perfis existentes no canteiro com
comprimentos de 22,0 metros.
28
Em seguida foram realizados, em seis estacas, ensaios de PCE e PDA os
quais resultaram capacidades variáveis para as estacas. A especificação detalhada
das capacidades de suporte das estacas e conjunto de fundação estão adiante na
continuidade deste trabalho.
Considerando a utilização simultânea de duas alternativas diferentes para
fundação, foi necessária a verificação da rigidez do conjunto de estacas e da placa
de apoio pelo método de Nökkentved a fim de se verificar a estabilidade do conjunto.
Segue abaixo figuras referentes o processo de fabricação e cravação das
estacas.
Figura 4 Montagem das formas e armações das estacas
Fonte: Benapar
29
Figura 5 Concretagem e fabricação das estacas
Fonte: Benapar
Figura 6 Cravação das estacas pré-moldadas de concreto
Fonte: Benapar
30
Figura 7 Forma e armadura da base do tanque 404
Fonte: Benapar
Figura 8 Concretagem na base do tanque 404
Fonte: Benapar
31
4.2 AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS PELO
MÉTODO EMPÍRICO DE DECOURT E QUARESMA E ANÁLISE DAS
PROVAS DE CARGA PDA E PCE
A avaliação da capacidade de carga das estacas consiste da determinação da
carga admissível de cada estaca implantada, sendo as de concreto e as metálicas,
as estacas que serão avaliadas foram previstas em projeto na fase de revisão depois
dos problemas verificados na obra para a cravação das estacas de concreto
inicialmente previstas com 18 metros.
Com o novo comprimento de 10 metros das estacas de concreto e 22 metros
das estacas metálicas, ficou evidenciado que a capacidade de suporte de todo o
conjunto de fundação foi alterado. A analise se torna relevante por que é sabido que
a utilização de 2 métodos de fundação simultaneamente oferece capacidades de
suporte diferenciados para os dois tipos.
A partir de então, foram aplicados os métodos de Decourt e Quaresma,
Provas de Carga Estática- PCE e, Prova de carga Dinâmica – PDA.
O método Decourt e Quaresma consiste na classificação do solo, de seus
estratos, para a definição das resistências de ponta e lateral a cada metro de
profundidade sendo válido para todas as estacas implantadas.
O ensaio de PCE consiste na aplicação de uma carga estática no topo da
estaca com o auxilio de equipamentos de medição de deslocamento e forças
aplicadas. São aplicados carregamentos continuados e progressivos e, ao mesmo
tempo, são monitorados os deslocamentos até atingir a carga admissível estimada
em projeto. Neste caso, especificamente, não foram atingidas as cargas admissíveis
porque durante a evolução do carregamento as estacas romperam, não atingindo a
carga esperada em projeto.
Em resumo, para a análise dos ensaios de prova dinâmicas:
No relatório GPX 02 (conforme anexo 07) apresenta as características de
cravação das primeiras estacas de perfil metálicos cravadas com especificação
W310x 52,0, a estaca E 005 foi emendada com o uso de 4 talas de reforço 6cm x 25
32
cm soldadas a alma às abas da mesma. Os dados para a análise foram obtidos com
o ensaio de carregamento dinâmico PDA.
No relatório GPX 03 (conforme anexo 07) apresenta as características de
cravação de perfil metálico estaca 011, através do ensaio de carregamento dinâmico.
No relatório GPX 06 (conforme anexo 07) demonstra os resultados de
ensaios de prova de carga dimânica na cravação da estaca pré-moldada numero
175, nas proximidades da estaca de concreto E 65 (conforme anexo 06), com
dimensão de 0,30 m x 0,30 m e comprimento cravado de 9,40 metros.
Em resumo, para a análise dos ensaios de prova estática:
No relatório GPX 04 (conforme anexo 07) foi relatado os resultados dos
ensaios da prova de carga estática na estaca 006 localizada no tanque 404 area do
cozimento foi cravado um perfil metálico 310x52,0 com comprimento de 21,50
metros.
No relatório GPX 07 (conforme anexo 07) apresenta os resultados de ensaios
de prova de carga estática a compressão realizada em uma estaca alaeatoria
localizada entre os tanques 404 e 405 na área do cozimento, a estaca ensaiada é
pré-moldada com perfil quadrado de 0,30m x 0,30m e comprimento cravado de
9,5metros.
Segue abaixo tabela 4 com resultados de campo PDA e PCE para obtenção
das cargas admissíveis.
Tabela 5 Resultados de ensaios de campo PDA e PCE
TIPO DE
ENSAION˚ RELATÓRIO
COMPRIMENTO
(M)N˚ ESTACA
CARGA NA
RUPTURA
CARGA
ADMISSIVEL
PDA GPX 02 W310x52 21,5 5 61,5 30,75
PDA GPX 02 W310x52 11,5 6 52,4 26,2
PDA GPX 03 W310x52 22 11 69 34,5
PDA GPX 03 W310x52 22 1 73,2 36,6
PCE GPX 04 W310x52 21,5 6 75 37,5
PDA GPX 06 30x30 cm 9,4 175 69,9 34,95
PCE GPX 07 30x30 cm 9,5 prova 80 40
TIPO DE
ESTACA
me
tálic
aco
ncr
eto
Fonte: Próprios autores
Após serem analisados os resultados dos ensaios de campo relacionados na
tabela 4, considerou-se o menor valor da carga admissível para os cálculos de
33
dimensionamento da fundação para reformulação do projeto, sendo as cargas de
estacas pré-moldadas 34,95 tf e metálicas 26,20 tf.
Para confirmação e comparação das cargas admissíveis por estaca, foram.
calculados pelo método empírico Decourt e Quaresma conforme relacionado nas
tabelas 5,6,7,8 e 9, sendo utilizada a sondagem mais próxima SP 01, (conforme
anexo 08)
Tabela 6 Valores de coeficiente β
Tipos de estacas
Tipo de solos Cravadas Moldadas em
geral Hélice
continua Estaca
raiz Estaca injetada
Moldada com lama
Areia 1,0 0,5 1,0 1,5 3,0 0,6
Silte arenoso 1,0 0,65 1,0 1,5 3,0 0,75
Silte argiloso 1,0 0,65 1,0 1,5 3,0 0,75
Argila 1,0 0,8 1,0 1,5 3,0 0,9
Tabela 7 Valores de coeficiente α
Tipos de estacas
Tipo de solos Cravadas Moldadas em
geral Hélice
continua Estaca
raiz Estaca injetada
Moldada com lama
Areia 1,0 0,5 0,3 0,5 1,0 0,5
Silte arenoso 1,0 0,6 0,3 0,6 1,0 0,6
Silte argiloso 1,0 0,6 0,3 0,6 1,0 0,6
Argila 1,0 0,85 0,3 0,85 1,0 0,85
Tabela 8 Valores de NSPT por metro da sondagem 01
Profundidade (m) Nspt Comprimento (m) Nspt
1 13 9
2 32 14 10
3 17 15 9
4 3 16 11
5 3 17 16
6 2 18 21
7 2,5 19 36
8 2 20 37,5
9 3 21 39,23
10 4 22 41,74
11 3 23 45
12 9 23,27 44
34
Tabela 9 Valores de coeficiente k (Kn /m²)
Tipos de estacas
Tipo de solos k escavadas k deslocamento
Areia 200 400
Silte arenoso 140 250
Silte argiloso 120 200
Argila 100 120
Cálculo Pp
ɼp=
Pp=ɼp.Ap α.k.Nsptp
ɼp= 2133,33
Pp= 192 kN
kN/m2
Onde:
PP: Carga na ruptura
PL: Parcela de atrito lateral ao longo do fuste
PP: Parcela de ponta
Tabela 10 Parcela de atrito lateral ao longo do fuste (PL)
Camada β NsptL ɼL=β.(3,33.NsptL)+10 Δz AL
(m2) PL=ɼL.AL
1 Silte arenoso 1,0 32,0 116,56 2,6 3,13 365,1
2 Silte argiloso 1,0 7,7 35,53 3,2 3,86 137,3
3 Argila 1,0 2,4 17,91 4,8 5,70 102,1
4 Areia 1,0
5 Areia 1,0
6 Areia 1,0
7 Argila 1,0
PL = 604,4 Kn
R=Pp+PL 796,43 kN/m2
Pw=V.ϒconc Pw= 22,5 kN/m2
Padm=PR/2 - Pw Padm= 375,72 kN
Padm= 37,57 tf
35
Ao serem analisados os métodos relacionados acima, chegou–se a conclusão
que as estacas suportariam uma carga admissível de 26,2 tf para estacas metálicas
e 34,95 tf para estacas de concreto. A seguir tabela com os resultados finais obtidos
com os métodos.
Tabela 11 Cargas admissíveis por tipos de estacas através dos ensaios
TIPO DE FUNDAÇÃOCOMPRIMENTO
(m)
CARGA
ADMISSIVEL (tf)
CARGA
ADMISSIVEL (kN)
ESTACA METÁLICA W310x 52,0 22 26,2 262
ESTACA PRÉ MOLDADA 30x30 cm 10 34,95 349,5
Fonte: Próprios autores
4.3 DETERMINAÇÃO DAS CARGAS DA RIGIDEZ DAS ESTACAS PELO
MÉTODO NÖKKENTVED
4.3.1 Apresentação
A determinação das cargas das estacas pelo método de Nökkentved consiste
no cálculo individualizado da carga em cada estaca constituinte da placa de base do
tanque de pré filtrado da obra em questão, conforme figura 9.
Figura 9 Planta de locação das estacas
36
Considerando que cada estaca tem capacidade diferente em função de seu
comprimento, seção transversal, resistência característica a compressão e módulo
de elasticidade é possível à determinação da rigidez do conjunto de estaqueamento
misto, uma vez que, estão sendo utilizadas estacas de concreto e metálicas
simultaneamente.
4.3.2 Origem dos dados
Os dados tabulados do presente calculo foram obtidos do projeto revisado
constituído por 57 estacas metálicas e 60 estacas pré-moldadas, somando um total
de 117 estacas.
As estacas foras instaladas de forma radial sob uma placa de concreto com
espessura de 50 cm, com intereixos variáveis entorno de 80 cm.
Ainda para os cálculos aplicado ao tanque de filtrado pelo Método de
Nökkentved admite-se cargas e momentos máximos de cálculo (V e My) do projeto
revisado.
4.3.3 Resultados obtidos
A planilha a seguir apresenta o calculo discriminado da carga de cada estaca,
sendo constituído por numeração das estacas, comprimento, resistência das estacas,
módulo de elasticidade, rigidez, fator de rigidez, carga nas estacas e tensões nas
estacas. Também foram adotadas as Propriedades de Materiais por tipos de estacas.
Tipo de aço das estacas metálicas ABNT EB-583 /MR-250;
Tensão de escoamento σesc = 250 MPa;
Tensão de ruptura σrup = 460 MPa;
Tipo Concreto estacas metálicas pré-moldada;
Resistência característica a compressão Fck = 30 MPa;
Resistência de cálculo a compressão Fcd = 21,43 MPa para γ=1,4;
37
4.3.4 Memória de cálculo pelo Método de Nökkentved para dimensionamento das
cargas
38
39
40
41
Tabela 12 Cargas e tensões nas estacas
Fonte: Próprios autores
O método demonstrou que as estacas são sujeitas ao carregamento de 82,60
kN, a 92,70 kN, para estacas metálicas as quais são inferiores a carga admissível.
Para as estacas de concreto as cargas variaram de 352,90 kN, a 392,80 kN, as
quais são superiores a carga admissível, conforme tabela a seguir.
Tabela 13 Cargas admissíveis x cargas aplicadas
Tipo carga admissivel( kN) carga aplicada (kN) resultado
estacas de concreto 349,5 392,8 112,4%
estacas metálicas 262 92,7 35,4%
Fonte: Próprios autores
As estacas de concreto representam o carregamento de 81,70% do total da
carga, e as estacas metálicas 18,20%, conforme tabela abaixo.
Numero das Estacas Comprimento (m) Resistência (Mpa)
Módulo de
eslasticidade
(Mpa)
Rigidez
(MN/m)
Fator de
Rigidez
1;8;11;14;36;39;42 22 450 210000 64,9 1 87,7 87,7 12,89 12,89
2;30 22 450 210000 64,9 1 87,5 87,8 12,87 12,92
3;4;31;32 22 450 210000 64,9 1 87,3 88,0 12,84 12,94
5;6;33;34 22 450 210000 64,9 1 87,1 88,2 12,81 12,97
7;9;35;37 22 450 210000 64,9 1 87,0 88,4 12,79 12,99
10;12;38;40 22 450 210000 64,9 1 86,8 88,5 12,76 13,02
13;15;41;43 22 450 210000 64,9 1 86,6 88,7 12,74 13,05
16;44 22 450 210000 64,9 1 86,8 88,5 12,77 13,01
17;18;45;46 22 450 210000 64,9 1 86,0 89,3 12,65 13,13
19;20;48;47 22 450 210000 64,9 1 85,2 90,1 12,53 13,25
21;23;49;51 22 450 210000 64,9 1 84,4 90,9 12,41 13,37
22;50;; 22 450 210000 64,9 1 84,3 91,0 12,40 13,39
24;26;52;54 22 450 210000 64,9 1 83,6 91,8 12,29 13,50
25;53 22 450 210000 64,9 1 83,5 91,9 12,27 13,51
27;29;55;57 22 450 210000 64,9 1 82,7 92,6 12,16 13,62
28;56 22 450 210000 64,9 1 82,6 92,7 12,15 13,64
58;73;88;103 10 25 30672 276 4,25 367,8 377,9 4,09 0,05
59;74;90;104 10 25 30672 276 4,25 366,9 378,8 4,21 4,21
60;75;89;105 10 25 30672 276 4,25 363,4 382,2 4,25 4,25
61;78;91;108 10 25 30672 276 4,25 365,9 379,7 4,22 4,22
62;77;92;107 10 25 30672 276 4,25 362,7 382,9 4,25 4,25
63;76;93;106 10 25 30672 276 4,25 360,3 385,3 4,28 4,28
64;79;94;112 10 25 30672 276 4,25 356,5 389,2 4,32 4,32
65;80;95;111 10 25 30672 276 4,25 359,0 386,6 4,30 4,30
66;81;96;110 10 25 30672 276 4,25 362,2 383,5 4,26 4,26
67;82;97;109 10 25 30672 276 4,25 365,6 380,0 4,22 4,22
68;83;98;117 10 25 30672 276 4,25 364,5 381,1 4,23 4,23
69;84;99;116 10 25 30672 276 4,25 360,8 384,8 4,28 4,28
70;85;100;115 10 25 30672 276 4,25 357,6 388,1 4,31 4,31
71;86;101;114 10 25 30672 276 4,25 354,9 390,8 4,34 4,34
72;87;102;113 10 25 30672 276 4,25 352,9 392,8 4,36 4,36
Carga (kN) Tensão (MPa)
ESTA
CA
S C
RA
VA
DA
S
MET
ÁLI
CA
SP
RÉ-
MO
LDA
DA
S
42
Tabela 14 Cargas admissíveis x cargas aplicadas
tipo carga (kN) participação
estacas de concreto 22369,2 81,70%
estacas metálicas 4996,8 18,30%
27366,0
Fonte: Próprios autores
4.4 ANÁLISE DA VARIAÇÃO DAS TENSÕES APLICADAS NA PLACA DE
FUNDAÇÃO EM RELAÇÃO À VARIABILIDADE DA RIGIDEZ DAS
ESTACAS
4.4.1 Apresentação
A análise da variação das tensões foi realizado para verificar o espraiamento
da tensão na placa. A análise para variação da rigidez e isocargas foi realizado para
verificar as condições de rigidez da estaca e diferenças de carregamento através de
plantas com isocurvas.
4.4.2 Programas Computacionais
O modelo computacional das curvas de isocargas (kN), rigidez (MN.m-1) e
fator de rigidez (adimensional), foram analisadas pelo AutoCad 2006 com ferramenta
de modelagem de curvas ISO (lugar geométrico de mesmo nível de valor).
A condição de contorno para gerar as curvas foi de X= coordenada plana no
eixo “x” de localização da estaca; Y= coordenada plana no eixo “y” de localização da
estaca; Z= carga em kN, rigidez em MN.m-1 e fator de rigidez com seu valor sem
unidade.
Para as analises foram utilizados os seguintes software: Planilhas MS Excel
desenvolvidas pelos educandos; AutoCad Autodek 2006; SAP 2000 v. 16 Erval CSI.
Os dados de entrada nos softwares AutoCad e SAP 2000, são oriundos do
método de Nökkentved e de desenhos de projeto, esses dados são: localização das
estacas, cargas nas estacas, rigidez nas estacas e seus respectivos fatores de
rigidez. Os resultados obtidos através do método de ISO curvas do programa
43
AutoCad, demonstrado na figura 10, indicam que as estacas de concreto possuem
maior carga do que as estacas metálicas.Isso acontece porque as estacas de
concreto tem maior rigidez.
Figura 10 Planta com isocargas (kN)
Fonte: Próprios autores
Os resultados obtidos através do método de ISO curvas do programa AutoCad,
demonstrado na figura 11, indicam que as estacas de concreto possuem maior
rigidez do que as estacas metálicas. Isso acontece devido que o comprimento das
estacas metálicas é maiores que as estacas de concreto e a sessão plena são
menor que faz a peça metálica serem esbelta do que a estaca de concreto
44
Figura 11 Planta de isorigidez (MN.m -1)
Fonte: Próprios autores
Os resultados obtidos através do método de ISO curvas do programa AutoCad,
demonstrado na figura 12, indicam que as estacas de concreto possuem maior fator
de rigidez do que as estacas metálicas, isso ocorre devido pelo mesmo motivo da
rigidez.
Figura 12 Planta de fator de rigidez (adimensional)
Fonte: Próprios autores
45
O modelo computacional da placa de concreto foi analisado pelo método de
elementos finitos através do software SAP 2000 v. 16, onde foram definidas as
condições de contorno, condições de contato, carregamentos, propriedades e a
malha para cálculo.
A condição de contorno para gerar a placa do bloco de coroamento, foi de X=
coordenada plana no eixo “x” de localização da estaca; Y= coordenada plana no eixo
“y” de localização da estaca; Z= carga em kN conforme é visto nos pontos de
numeração das estacas na planta do tanque na figura 13. A condição de contorno
para a verificação das tensões na placa de concreto foi de fixar o eixo Z quanto ao
deslocamento e deixar com grau de liberdade os outros eixos.
Figura 13 Planta e elevação do tanque de filtrado
Fonte: Próprios autores
46
Os resultados obtidos através do programa SAP 2000, demonstrado na figura
14 e15 as tensões máximas e mínimas
Figura 14 Placa de concreto com tensões máximas
Fonte: Próprios autores
Figura 15 Placa de concreto com tensões mínimas
Fonte: Próprios autores
47
Os resultados obtidos através do método de ISO curvas do programa AutoCad,
demonstrado na figura 16, indicam que as estacas de concreto possuem maior
tensão do que as estacas metálicas, isso ocorre devido aque a carga nessas
estacas são maiores do que nas estacas metálicas, havendo uma concentração de
tensão na região das estacas de concreto.
Esses resultados então, demonstraram que há um sobre salto de tensão na
circunvizinhança de divisa entre os tipos de estacas.
Figura 16 Placa de concreto com isotensões
Fonte: Próprios autores
48
5 CONCLUSÃO
O estudo consistiu na análise do comportamento dos elementos de fundação
do Tanque de Pré-filtrado 404 da fábrica Jari Celulose localizada no Município de
Almerim no Estado do Pará.
As análises foram necessárias porque o projeto original de fundação com
estacas de concreto não foi possível por causa da nega antes da cravação na
profundidade indicada em projeto. Com a redução dos comprimentos das estacas,
houve a redução das capacidades portantes do conjunto de estaqueamento.
Para remediar o problema o projeto foi revisado para utilização de
estaqueamento misto com estacas de concreto e estacas metálicas.
As estacas de concreto, com seção 30 x 30 cm foram convenientemente
produzidas no próprio canteiro de obras conforme são demonstrados nos ensaios
laboratoriais anexados. A nega das estacas ocorreu por conta do limite de
cravabilidade do solo e não por insuficiência da resistência mecânica dos concretos
utilizados nas estacas, o qual teve bom desempenho com fck de 31,19 MPa aos 28
dias.
Através do método de Decourt e Quaresma e os de prova de carga foram
determinadas as capacidades admissíveis para o estaquemaneto, conforme a tabela
a seguir:
Tabela 15 Resumo da carga admissível das estacas
TIPO CARGA ADMISSÍVEL (kN)
Estacas de concreto 349,5 kN
Estacas metálicas 262,0 kN
Fonte: Próprios autores
Na seqüência do desenvolvimento deste trabalho, foi aplicado o Método de
Nökkentved para definição das cargas das estacas, as quais segundo o método, são
49
variáveis em função de suas localizações, da área da seção transversal, do módulo
de elasticidade e de seus comprimentos.
A aplicação do método resultou as cargas máximas conforme tabela a seguir:
Tabela 16 Resumo das cargas máximas aplicadas nas estacas
TIPO CARGAS APLICADAS (kN)
Estacas de concreto 392,8 kN
Estacas metálicas 92,7 kN
Fonte: Próprios autores
Comparando-se os montantes das cargas, percebe-se que as cargas
admissíveis das estacas de concreto são inferiores às suas cargas aplicadas, ou
seja o fator de segurança é menor que o previsto em norma implicando em
recalques maiores que o previsto em projeto.
Das análises realizadas, percebeu-se que a participação das estacas
metálicas como suporte no conjunto fundação é bastante inferior à participação das
estacas de concreto, isto porque, segundo o método de Nökkentved que qualifica a
rigidez das estacas, a capacidade de deformação e o deslocamento do topo das
estacas metálicas é muito superior às estacas mais rígidas (de concreto). Tal
conclusão supõe a variabilidade das cargas que o estaqueamento misto causou uma
variação na rigidez e consequentemente nas cargas das estacas
Em seguida foram elaboradas as plantas de isocurvas como mostra a figura
18, as quais demonstraram a variação das cargas, variação da rigidez, as variações
das tensões e esforços na placa de base do tanque.
Figura 17 Planta com isocargas em perspectiva
Fonte: Próprios autores
50
Para continuidade deste trabalho, sugere-se o cálculo de recalque do
estaqueamento misto, o cálculo das armaduras das placas de base. E também
sugere-se o estudo aprofundado das variações de temperatura dos materiais
estocados no tanque e suas conseqüências nas deformação e durabilidade das
fundações.
51
6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABEF. Manual de Execução de Fundações e Geotecnia: Praticas
Recomendadas 1º Ed. Vol. 1. São Paulo: PINI, 2012.
ALONSO, Urbano R. Dimensionamento de Fundações Profundas 2º edição.
São Paulo: Blucher, 1988.
AMARAL, José C. et al. Sobre a cravação de estacas pré-moldadas: Uma
correlação estatistica entre o número de golpes do martelo por metro e o valor do
NSPT da sondagem a percussão, 315p. TCC (3° grau) FACET, Universidade Tuiuti
do Paraná. Curitiba, 2002
COSTA, Vasco F. Estacas para Fundações. Lisboa: Centro de Estudos de
Engenharia Civil, 1946.
DALATIM, I.J. Manual de Sondagens, Boletim nº 3. Vol. 5º Ed. São Paulo:
AGBE, 2013.
DELL´AVANZI, Eduardo. Memória de Calculo de Geotecnia Referente à
fundação das bases dos tanques 02-404 e 02-405 da area de cozimento - doc 0048
- Jari - mc - fun - 001. Curitiba, 2013.
—. Exercicios de Fundações 2º Ed. . Vol. 2. São Paulo: Blucher, 2000.
—. Fundações: Fundações profundas 1° ed. Vol 2. Rio de Janeiro: COPPE/
UFRJ, 2002.
GROSZOWNIK, Marcelo. Relatorio GPX / 002. Monte Dourado, 2013.
—. Relatorio PCE - Prova de Carga estática - Ensaio em perfil metalico
w310x52. Monte Dourado, 2013.
—. Relatorio PCE - Prova de carga estática - Ensaio em estaca Pre moldada.
Monte Dourado, 2013.
52
NIYAMA, Celso et al. Fundações Teoria e Pratica 2° Ed. São Paulo: Pini,
1998.
MONTICELI, J.J & TRESSOLDI, M. Diretrizes para classificação de
sondagens, 1º Ed. São Paulo: ABGE, 2013.
KATIUSCIA, Raika. Relatorio de sondagem a percussão tipo S.P.T. Almeirim,
2003.
MASSAD, Faiçal. Obras de Terra: Curso basico de Geotecnia 2° Ed. São
Paulo: Oficina de Textos, 2010.
OLIVEIRA. A. Geologia de engenharia. São Paulo: ABGE, 1998.
PINTO, Carlos S. Curso Basico de Mecanica dos solos 3° Ed. São Paulo:
Oficina de Textos, 2006.
SCHNAID, Fernando. Ensaios de Campo e suas Aplicações à Engenharia de
Fundações. São Paulo: Oficica de Textos, 2000.
SCHNAID, FERNANDO. ENSAIOS DE CAMPO E SUAS APLICAÇÕES À
ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES. SÃO PAULO: OFICINA DE TEXTOS, 2000.
VELLOSO, Dirceu A. e LOPES, Francisco R. Fundações : Criterio de projeto,
invetigação subsolo, fundações superficiais, fundações profundas. Vol completo.
São Paulo: Oficina do texto, 1998.
—. Túneis, fundações, geotecnia e infraestrutura, 2° ed. Curitiba: BENAPAR,
2011.