ANLISE DO CONTROLE DE ENERGIA EM ESTACAS HLICE

CONTNUA PELA METODOLOGIA SCCAP

ALEXANDRE DUARTE LEITE DA SILVA

Projeto de Graduao apresentado ao Curso de Engenharia

Civil da Escola Politcnica, Universidade Federal do Rio

de Janeiro, como parte dos requisitos necessrios

obteno do ttulo de Engenheiro.

Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger

RIO DE JANEIRO

MARO de 2014

ii

ANLISE DO CONTROLE DE ENERGIA EM ESTACAS HLICE

CONTNUA PELA METODOLOGIA SCCAP

Alexandre Duarte Leite da Silva

PROJETO DE GRADUAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO

DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITCNICA DA UNIVERSIDADE

FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.

Examinado por:

______________________________________________

Prof. Fernando Artur Brasil Danziger, D.Sc.

______________________________________________

Prof. Francisco de Rezende Lopes, Ph.D.

______________________________________________

Prof. Gustavo Vaz de Mello Guimares, M.Sc.

RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

MARO DE 2014

iii

Duarte Leite, Alexandre

Anlise do controle de energia em estacas hlice contnua pela

metodologia SCCAP/ Alexandre Duarte Leite da Silva. - Rio de

Janeiro: UFRJ/ Escola Politcnica, 2014.

ix, 140 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger

Projeto de Graduao - UFRJ/ Escola Politcnica/ Curso de

Engenharia Civil, 2014.

Referncias Bibliogrficas: p. 130-140

1. Controle de qualidade.

2. Estaca hlice contnua.

3. Energia de perfurao.

4. Metodologia SCCAP

I. Danziger, F.A.B.

II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ, Escola

Politcnica, Curso de Engenharia Civil.

III. Ttulo.

iv

Ao amor, dedicao e apoio durante todos esses anos, de minha noiva Nicole.

Aos meus sogros, Marco e Mrcia, sua me Clia e minha cunhada, Aline, por todo

amor e compreenso que tiveram comigo durante todos esses anos.

minha me, Rosangela e minha tia, Rosamaria, pelo apoio em meus estudos e

dedicao em minha criao.

Ao meu pai, eng. Leite, por todos os conselhos e por despertar em mim a vontade de ser

engenheiro e sua esposa, Norma, por todo o carinho que tem comigo.

Ao meu irmo, Pedro, pelos momentos de alegria e companheirismo.

minha tia, Elza, e meus primos, Anita e Gustavo, pela ajuda e compreenso nos

momentos bons e ruins.

Em memria de minha bisav, Albertina Duarte e de meu tio, Jos Antnio Duarte.

v

AGRADECIMENTOS

Aos integrantes da banca avaliadora, prof. Francisco de Rezende Lopes, prof.

Gustavo Vaz de Mello Guimares e prof. Fernando Artur Brasil Danziger, pela presena

na defesa do presente trabalho, permitindo a concluso deste projeto de graduao.

Agradeo especialmente ao meu orientador, prof. Fernando Artur Brasil Danziger, pela

indicao do tema, reviso do texto, pela ateno com que me atendeu em todas as

vezes em que o procurei e principalmente, por despertar em mim o interesse pela rea

geotcnica.

A todos os professores pelo valioso conhecimento transmitido. Em especial aos

professores Ricardo Antonini, Cludia Eboli, Fernando Danziger, Gustavo Vaz, Marcos

Barreto, Leonardo Becker, Alosio Pina, Andr Avelar, Michle Pfeil, Sergio

Hampshire, Martinho, Ian Schumann, Maria Cristina, Couto, Batista, Laura Motta e

Gilberto Fialho.

Agradeo a toda a minha famlia pelo apoio e por ter proporcionado minha

continuidade nos estudos.

Agradeo tambm famlia da minha noiva, que considero como minha famlia

tambm, por toda a ajuda, compreenso e amor que deles recebi.

Em especial, agradeo minha noiva, Nicole, por estar sempre ao meu lado,

ajudando de todas as maneiras possveis, dando fora, incentivando, aconselhando e me

mantendo firme nos momentos mais difceis. Muito do que sou hoje devo a ela.

Aos meus amigos (Matheus, Igor, Lus Fernando, Nelson, Vitor, Bernardo e

Erlon), e todos os que estiveram comigo ao longo da graduao, pelas conversas, pelos

estudos, pela troca de experincias e principalmente pela amizade que levarei comigo

em minha vida.

vi

Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica/UFRJ como parte

dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro Civil.

Anlise do controle de energia em estacas hlice contnua pela metodologia SCCAP

Alexandre Duarte Leite da Silva

Maro/2014

Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger

Curso: Engenharia Civil

O controle de execuo de estacas hlice contnua crucial, pois o desempenho

afetado pelos procedimentos executivos adotados, e os efeitos causados so de difcil

mensurao. A metodologia para o controle de qualidade abordado nesse trabalho tem o

objetivo de possibilitar a verificao in situ das estacas hlice contnua quanto

capacidade de carga e deformabilidade, ainda na etapa de perfurao das estacas. A

metodologia aplicada permite que tomadas de deciso sejam feitas, durante a execuo

das estacas, baseando-se em dados de energia medidos e correlaes com provas de

carga. O trabalho apresenta a metodologia SCCAP e suas bases tericas, exaltando as

vantagens e desvantagens de seu uso para o controle de estaqueamentos. A influncia na

capacidade de carga e na deformabilidade das estacas em funo das atividades de

perfurao e concretagem analisada. Utilizaram dos dados experimentais obtidos na

tese de doutorado de Silva (2011) e os conceitos adquiridos ao longo do curso, com a

preocupao de estimular a realizao de controle de qualidade nas estacas hlice

contnua.

Palavras-chave: SCCAP, Controle executivo, estacas tipo hlice contnua, energia.

vii

Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of

the requirements for the degree of Engineer.

Analysis on the control of energy of continuous flight auger piles by SCCAPs

methodology

Alexandre Duarte Leite da Silva

March/2014

Advisor: Fernando Artur Brasil Danziger

Course: Civil Engineering

The control of the execution of CFA piles is crucial, because the performances of the

piles are affected by the executive procedures adopted, and the effects caused are hard

to be measured. The adressed methodology for the quality control in this paper has the

objective to enable the in situ verification of the boring piles, in special for continuous

flight auger piles, concerning the bearing capacity and deformability. The applied

methodology permits that decisions can be made, during the drilling step of the piles,

based in energy data measured and correlations with load tests. The paper presents the

SCCAPs methodology and its theorical bases, remarking the advantages and

disadvantages of its use on the control of the piles. The influence in the bearing

capacity and in deformability according the drilling step and concreting step is analysed.

It was used the experimental data obtained in Silva (2011) and concepts acquired along

of this course, worried in stimulate the performing of quality control in CFA piles.

Keywords: SCCAP, Executive control, continuous flight auger, energy.

viii

SUMRIO

1 Introduo .................................................................................................. 1 1.1 Generalidades ................................................................................................................. 1 1.2 Objetivos ......................................................................................................................... 3 1.3 Apresentao do trabalho ............................................................................................... 4

2 Reviso bibliogrfica ................................................................................. 5 2.1 Controle de qualidade dos estaqueamentos .................................................................... 5 2.2 Mtodo probabilstico (anlise de confiabilidade) ......................................................... 6 2.3 Estacas tipo hlice contnua ............................................................................................ 8

2.4 Estaqueamentos escavados controlados atravs da energia .......................................... 13 2.5 Influncia da Variabilidade Geotcnica ........................................................................ 16

2.6 Incertezas em obras geotcnicas ................................................................................... 17 2.7 Ensaios de Campo ......................................................................................................... 19 2.8 Capacidade de carga e carga admissvel ....................................................................... 20 2.9 Desempenho das fundaes .......................................................................................... 24

2.10 Efeitos causados pela presena da tenso residual em provas de carga ....................... 24 2.11 Anlise de provas de carga (curvas carga x recalque) .................................................. 26

3 Descries e Anlises ............................................................................... 31 3.1 Descrio simplificada da metodologia SCCAP e regio de realizao da

pesquisa ......................................................................................................................... 31

3.2 Aspectos geolgicos, geotcnicos e pedolgicos ......................................................... 31

3.3 Caracterizao fsica e mineralgica ............................................................................ 33 3.4 Energia e Trabalho ........................................................................................................ 35 3.5 Processo de escavao e aquisio de dados ................................................................ 40

3.6 Rotinas bsicas aplicadas ao monitoramento de estacas escavadas ............................. 42 3.7 Definio e importncia da velocidade crtica de perfurao ....................................... 46

3.8 Definio e importncia da velocidade crtica de concretagem ................................... 47 3.9 Importncia do tratamento estatstico ........................................................................... 48 3.10 Conceito de confiabilidade dos estaqueamentos .......................................................... 51

3.11 As rotinas utilizadas pela metodologia SCCAP ........................................................... 51 3.12 ndice de confiabilidade ................................................................................................ 54

3.13 Relao capacidade de carga x energia......................................................................... 57

3.14 Provas de carga ............................................................................................................. 58

3.15 Mtodos de interpretao e de extrapolao de curvas carga-recalque obtidas em provas de carga esttica ................................................................................................ 61

3.15.1 Mtodo de Van der Veen (1953) ................................................................................... 61 3.15.2 Conceito de Rigidez, Dcourt (1996) ........................................................................... 63 3.15.3 Camapum de Carvalho et al. (2008 e 2010) ................................................................. 64

3.15.4 Metodologia da NBR 6122 (ABNT, 2010): ................................................................... 65 3.16 Desempenho aplicado s estacas tipo hlice contnua. ................................................. 67

4 Anlise DOS Resultados ......................................................................... 72 4.1 Procedimentos seguidos ................................................................................................ 72 4.2 Caracterizao geotcnica e mineralgica .................................................................... 73

4.3 Fatores que influem nas anlises de provas de carga instrumentadas. ......................... 80

ix

4.4 Resultados e anlises das provas de carga instrumentadas ........................................... 84

4.4.1 Stio 2 ............................................................................................................................ 84 4.4.2 Stio 10 .......................................................................................................................... 89 4.4.3 Stios 11 e 12 ................................................................................................................. 92 4.5 Influncia da presso de injeo no desempenho das estacas hlice contnua. ............ 97 4.6 Controle de estaqueamentos pela medio de energia requerida para execuo de

estacas ......................................................................................................................... 107 4.7 Metodologia SCCAP .................................................................................................. 122

5 Concluses E SUGESTES PARA FUTURAS PESQUISAS.......... 126 5.1 Concluses .................................................................................................................. 126 5.2 Sugestes para futuras pesquisas ................................................................................ 129

6 Referncias bibliogrficas .................................................................... 130

x

1

1 INTRODUO

1.1 Generalidades

Os atuais mtodos existentes e aplicados na prtica quanto ao controle de

qualidade das fundaes escavadas em geral so escassos e tm pouca base terica

(Silva, 2011). A previso de comportamentos e os controles de execuo so baseados

fortemente no empirismo, a isto se somam as incertezas inerentes aos solos, falta de

estudos preliminares mais completos sobre os subsolos e desvios entre projeto e

execuo. Silva (2011) defende um controle mais rigoroso na etapa de execuo dos

estaqueamentos escavados, usando para isso a metodologia SCCAP (anagrama para

Silva, Camapum de Carvalho, Arajo e Paolucci). Mesmo com as evolues nos

mtodos de previso de comportamento e nas modelagens computacionais e

matemticas, aquele autor enfatiza a necessidade do desenvolvimento de novos mtodos

que possam orientar e corrigir procedimentos durante a etapa de execuo em campo,

esta preocupao quanto etapa construtiva compartilhada por diversos autores, entre

eles Mandolini (2002).

As anlises de segurana em fundaes so feitas, geralmente, apenas na etapa

de projeto, com mtodos carregados de determinismos, assumindo alguns parmetros

envolvidos como sendo verdadeiros para todo o perfil de solo (como se o macio fosse

homogneo), e os mtodos de clculo como absolutamente corretos, mesmo sendo

realizados para um modelo que tenta retratar a realidade. Um controle de qualidade mais

efetivo permitiria a tomada de deciso no ato da execuo, caso houvesse algum

problema, conferindo maior confiabilidade obra, certificando o estaqueamento

conforme o projeto e atestando seu desempenho usando bases mais confiveis.

A metodologia SCCAP, analisada no presente trabalho, baseia-se na correlao

da capacidade de carga da estaca, sua deformabilidade e os resultados obtidos no ensaio

SPT com a energia medida para executar um furo para execuo de uma estaca

escavada. Alm disso, o mtodo usa um tratamento probabilstico associado,

objetivando controlar a variao de energias demandadas para escavar estacas

semelhantes de um mesmo estaqueamento, criando critrios de aceitao baseados em

2

parmetros probabilsticos que limitam a energia mnima que deve ser superada, para

que o comportamento das estacas seja semelhante ao comportamento das estacas da

amostra. Para aferir os resultados obtidos pelo SCCAP, Silva (2011) usou um banco de

dados dos resultados obtidos em diversas provas de carga esttica e previses baseadas

nos mtodos semiempricos baseados no ensaio SPT. Segundo Silva (2011) possvel a

extenso da mesma ideia para o controle executivo de estacas escavadas em geral,

havendo tambm a possibilidade de expanso para furos de tneis (executados com

tuneladoras do tipo TBM), desde que se entendam as foras atuantes no processo de

escavao e seja possvel a mensurao dessas foras, bem como os deslocamentos

associados elas, possibilitando o clculo da energia necessria para execuo dos

furos.

Atrelada a uma melhoria na campanha de reconhecimento dos subsolos, para

melhor conhecer seu comportamento geotcnico, esse mtodo visa controlar a execuo

da estaca hlice contnua, certificando a execuo em relao ao projeto, conferindo

melhor desempenho da fundao nos quesitos segurana e economia. Adicionalmente,

deve-se levar em considerao o comportamento da superestrutura e do sistema solo-

fundao, que so essenciais para o desempenho da fundao.

Entender e medir o consumo de energia durante o processo de escavao de uma

estaca muito importante para o controle, em tempo real, do estaqueamento como um

todo. O ponto de partida utilizar caractersticas estatsticas de uma amostra de um

estaqueamento ou de um banco de dados aferido e a partir dessa amostra energtica

comparar com, as j consagradas, formas de estimativa da capacidade de carga e, assim

estabelecer uma relao que se mostre aceitvel e que possa ser usada para interpretar os

dados sobre a energia gasta para a execuo da estaca tipo hlice contnua.

Por ser um mtodo baseado na correlao entre energia necessria para executar

a escavao para execuo da estaca tipo hlice contnua e a capacidade de carga real

que esta fundao ter, a energia medida deve ser tratada como varivel aleatria,

sofrendo tratamentos probabilsticos para melhor calibrar a relao.

3

1.2 Objetivos

So os seguintes os objetivos do presente trabalho:

i. Entender e discutir essa nova metodologia (SCCAP) para controle

executivo de estacas escavadas (focando em estacas tipo hlice

contnua), baseada em conceitos fsicos bem conhecidos e tratamentos

estatsticos. Entender as vantagens do uso do mtodo que pode ser usado

in loco para acompanhar e controlar em tempo real a execuo do

estaqueamento e certificar cada estaca, atestando sua adequao ao

projeto. O mtodo baseia-se, como j comentado, na medio da energia

necessria para a escavao de uma estaca e posterior comparao com

critrios de aceitao para verificar se a energia gasta para executar a

estaca aceitvel ou no e, consequentemente, se a capacidade de carga

real da estaca executada est de acordo com o requerido pelo projeto.

ii. Entender como se procede escavao por estaca hlice contnua e a

partir desse entendimento (processo executivo, etapas operacionais e

funcionamento do maquinrio), conhecer as foras que atuam durante a

escavao, para assim poder quantificar a energia empenhada na

execuo das estacas hlice.

iii. Entender como alguns tipos de solo influem no comportamento mecnico

das estacas e na transferncia de carga ao solo, na importncia da presso

de concretagem, na interao solo-fundao e no entendimento dos

resultados obtidos em provas de carga.

4

1.3 Apresentao do trabalho

O presente trabalho ficou dividido em cinco captulos, cujos contedos so:

Captulo 1 Apresentao da introduo ao tema, objetivo do trabalho,

importncia e motivao do controle de execuo analisado.

Captulo 2 - Apresenta a reviso bibliogrfica, onde so mostradas as teorias,

classificaes e principais conceitos utilizados nas discusses presentes em todo o

trabalho. Aborda tambm um breve histrico sobre as estacas tipo hlice contnua.

Captulo 3 - Descreve o mtodo SCCAP e analisa criticamente os conceitos

introduzidos nele e os procedimentos utilizados pelo software.

Captulo 4 - Concentra-se em mostrar os resultados obtidos por Silva (2011) e

as anlises efetuadas, fazendo observaes adicionais e discutindo algumas partes com

base em diversos outros autores.

Captulo 5 Concluses do trabalho e sugestes para futuras pesquisas.

Ao final deste trabalho so apresentadas as referncias bibliogrficas.

5

2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 Controle de qualidade dos estaqueamentos

Sabe-se que, simplificadamente, as provas de carga podem ser divididas entre

provas de carga esttica ou dinmica e, a realizao de provas de carga para todas as

estacas do estaqueamento consome muito tempo e economicamente invivel. Alguns

ensaios usados como controle de qualidade em estacas (PDA, grfico RMX/DMX, PIT)

podem ser utilizados, mas tambm invivel economicamente faz-los em todas as

estacas de um estaqueamento. Segundo Silva (2011), o ensaio de PIT seria uma opo

mais vivel para ensaiar os estaqueamentos das obras, j que dentre os mtodos de

ensaio de integridade disponveis, o PIT o mais rpido e o que exige menor preparo

prvio da estaca, porm com uso mais voltado para a verificao da integridade das

estacas, o ensaio de PIT controvertido, sendo mais til na deteco de grandes defeitos

na concretagem das estacas do que na deteco de todos os possveis defeitos.

Mandolini (2002) afirma que tanto a capacidade de carga quanto a

deformabilidade de estacas tipo hlice contnua so fortemente influenciadas pelo tipo

de equipamento usado durante a etapa executiva da estaca e pelo operador da mquina.

Logo, o acompanhamento da execuo de estacas hlice contnuas, por engenheiro

geotcnico capacitado, deveria ser mais comum, pois um ponto crucial para o

desempenho futuro de cada estaca e, consequentemente, do estaqueamento como um

todo. As estacas tipo hlice contnua esto mais prximas de serem controladas de

maneira mais tcnica, isso porque j existem sistemas computacionais de

monitoramento executivo das estacas.

Ainda segundo Mandolini (2002), a importncia dada etapa executiva

subestimada na etapa de projeto, porm tem papel fundamental no desempenho da

estaca e, segundo ele, o uso de sistemas confiveis para monitorar e armazenar os dados

executivos das estacas tipo hlice contnua, gerados durante a execuo das mesmas,

altamente recomendado.

6

Os equipamentos de monitoramento eletrnico das estacas hlice permitem

monitorar, conforme a fabricante do sistema de monitoramento (Geodigitus, site), os

seguintes parmetros: Profundidade da base da estaca em relao ao nvel do terreno /

Tempo transcorrido durante a penetrao da hlice no solo / Inclinao da torre /

Velocidade de penetrao da hlice / Velocidade de extrao da hlice / Presso da

injeo do concreto / Volume gasto de concreto / Sobreconsumo de concreto. Por serem

medidas experimentais, um cuidado que se deve ter (e negligenciado) a aferio e

constante calibrao do aparato usado para realizao das medies destes parmetros,

objetivando o aumento na confiabilidade das medidas. Segundo Silva (2011), esses

dados podem ser acompanhados em tempo real na cabine do equipamento de execuo

das estacas tipo hlice contnua, ou podem ser recebidas em um escritrio atravs da

transmisso dos dados (via GSM, tecnologia de telefonia mvel). Os dados medidos

geram grficos que podem ser analisados e interpretados para a avaliao e o controle

de qualidade de cada estaca componente do estaqueamento.

Segundo Almeida Neto (2002), apesar do monitoramento das estacas hlice j

medir o valor do sobreconsumo de concreto e a variao da seo transversal ao longo

da profundidade, a acurcia dessas medidas discutvel. Imprecises e erros nos dados

fornecidos pela monitorao podem ocorrer por diversos motivos, destacando-se o

sistema de monitorao mal calibrado, danos nos sensores, bomba de concreto no

calibrada, etc.

Segundo Velloso (1990), apenas a partir do controle executivo e do controle de

qualidade efetivo de uma obra que se pode avaliar e, consequentemente, aprovar ou

no a mesma, resguardando at mesmo o profissional/empresa responsvel pela obra.

2.2 Mtodo probabilstico (anlise de confiabilidade)

Este mtodo visa garantir a segurana do projeto baseando-se nas teorias de

probabilidade e estatstica, aplicando os conceitos diretamente nos projetos e

quantificando as incertezas. Segundo Silva (2011), geralmente, os projetos geotcnicos,

em especial os de fundaes, no consideram a variabilidade de maneira adequada. Por

exemplo, a capacidade de carga, quando estimada por meio analtico, usa parmetros de

resistncia do solo que so obtidos a partir de valores caractersticos ou minorados.

7

Esses valores, por sua vez, se forem obtidos por uma quantidade reduzida de ensaios de

campo e de laboratrio, comprometem a representatividade dos parmetros. Esta prtica

aumenta a necessidade do uso de uma ferramenta com bases confiveis, que possa

medir o trabalho que est sendo executado, possibilitando ao executor saber se a estaca

escavada em execuo atende ou no as especificaes de projeto, com base em

critrios de aceitao.

Em engenharia tem-se a necessidade de quantificar os parmetros para, por meio

de modelos matemticos confiveis, fazer previses de comportamento, para assim

poder pensar e agir em prol da resoluo dos problemas futuros, que podem ou no vir a

acontecer. Especialmente no ramo de Geotecnia, a quantificao da maioria dos

parmetros dificultada, pois o meio de trabalho (solo) formado pela natureza, logo,

possui diversas variveis e incertezas. A segurana das fundaes, por exemplo, tem

diversas fontes de incertezas, tanto do lado das resistncias quanto do lado das

solicitaes atuantes nos elementos de fundao e, por esses motivos, a abordagem

probabilstica proporcionada pela anlise de confiabilidade muito til.

Ang e Tang (1984) salientam que um dos objetivos da engenharia garantir a

segurana e o desempenho satisfatrio das estruturas, durante sua vida til de projeto,

com o mximo de economia possvel, sem impactar a qualidade do projeto. Entretanto,

atingir esse objetivo geralmente no um problema simples, devido s inmeras

incertezas e variabilidades presentes (como j exposto). Portanto, sempre existir

alguma probabilidade de runa ou de mau desempenho por parte do objeto alvo de um

projeto. O que a abordagem probabilstica procura a quantificao desta segurana,

levando em considerao as incertezas inerentes a todo e qualquer projeto de

engenharia.

Ainda segundo Ang e Tang (1984), a segurana s pode ser atingida em termos

da probabilidade de que a capacidade resistiva ser suficiente para resistir mxima

ao ou combinao de aes que acontecero durante a vida til da estrutura.

Segundo Silva (2003), a anlise de confiabilidade ainda pouco usual no Brasil.

A autora, prope inclusive, uma formulao para clculo de carga admissvel de

estaqueamentos utilizando conceitos da teoria da confiabilidade, o que permitiria o

projeto da fundao levando em conta a probabilidade de runa tolerada.

8

A maioria dos autores que estudam tal abordagem concorda que a segurana

tambm deve ser garantida na etapa executiva das fundaes e que as condies de

projeto sejam verificadas.

2.3 Estacas tipo hlice contnua

Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), estacas tipo hlice contnua so estacas

moldadas in loco, executadas mediante a introduo no terreno, por rotao, de um

trado helicoidal contnuo e de injeo de concreto pela prpria haste central do trado,

simultaneamente sua retirada, sendo a armadura colocada aps a concretagem.

Mandolini et al. (2005) apresentam um esquema (figura 2.1) do processo

executivo de estacas tipo hlice contnua, originadas na Holanda na dcada de 60.

Figura 2.1 - Sequenciamento de atividades para execuo de estacas hlice contnua

(Mandolini et al., 2005)

Segundo Velloso e Lopes (2010), as estacas tipo hlice contnua so executadas

na Europa e nos Estados Unidos desde a dcada de 70 e foram introduzidas no Brasil a

partir da dcada de 80. Pelo baixo nvel de vibrao e elevada produtividade, tem

grande aceitao no meio Geotcnico mundial. Os equipamentos mais comuns

permitem a execuo de estacas com dimetros compreendidos entre 30 e 100 cm e

comprimentos entre 15 e 30 m. Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), os equipamentos

9

devem possuir as caractersticas mnimas mencionadas na tabela abaixo, alm de torque

compatvel com o dimetro da estaca e com a resistncia do solo a ser perfurado,

objetivando a mitigao do desconfinamento durante a etapa de perfurao.

Tabela 2.1 - Caractersticas mnimas dos equipamentos de perfurao - NBR 6122 (ABNT,

2010)

A etapa de perfurao consiste na introduo da hlice no terreno, por meio de

rotao transmitida por motores hidrulicos, at a cota de projeto, sem que a hlice seja

retirada da perfurao em momento algum. Alcanada a profundidade desejada (de

projeto ou corrigida), o concreto bombeado continuamente, sem interrupo, atravs

da haste central do helicoide. Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), o equipamento de

perfurao deve ser posicionado e nivelado, assegurando a centralizao e verticalidade

da estaca (salvo em caso de estaca inclinada). Aconselha-se tambm a verificao do

dimetro do trado, para certificar que as premissas de projeto esto sendo seguidas.

Ao mesmo tempo em que a hlice retirada sem girar (ou girando, em sentido

igual ao da perfurao, lentamente), o concreto bombeado. Segundo Velloso e Lopes

(2010), a velocidade de extrao da hlice de dentro do furo deve permitir que a presso

no concreto seja mantida positiva. A presso do concreto deve garantir o preenchimento

total de todos os vazios deixados pela hlice. Deve-se verificar tambm se a tampa do

fundo da haste central est funcionando dentro do esperado, pois ela quem evita

entrada de gua na haste (mantendo o fator gua/cimento especificado) e evita a

contaminao do concreto pelo solo.

Ainda segundo Velloso e Lopes (2010), a concretagem segue at uma cota um

pouco acima da cota da superfcie do terreno (diferentemente do que recomenda a NBR

6122 (ABNT, 2010)), pois se a cota de arrasamento ficar abaixo do nvel do terreno,

preciso cuidar da estabilidade do furo no trecho no concretado, atrasando a execuo.

A NBR 6122 (ABNT, 2010) recomenda ainda que, em torno de 1% das estacas da obra,

10

sejam expostas at cota inferior cota de arrasamento e, se possvel, at o nvel dgua,

para verificao da integridade e qualidade do fuste.

O processo executivo da estaca tipo hlice contnua impe que a colocao da

armadura seja feita aps o trmino da concretagem. A "gaiola" de armadura

empurrada atravs do furo com concreto fresco manualmente pelos operrios ou com o

auxlio de pesos e/ou vibradores. De acordo com Velloso e Lopes (2010), as estacas

submetidas apenas a esforos compressivos tm apenas a chamada armadura de topo

que consiste em armadura no trecho superior (cerca de 3 ou 4 m a partir da cota de

arrasamento).

Quanto ao trao de concreto utilizado normalmente, a NBR 6122 (ABNT, 2010)

recomenda:

Consumo de cimento > 400 kg/m;

Abatimento no slump test = 22 3 cm;

Fator gua/cimento < 0,6;

Agregados formados por areia e pedrisco;

% de argamassa em massa > 55%;

Trao bombevel;

fck maior ou igual 20 MPa;

No caso de estacas submetidas tambm a esforos transversais ou de trao,

introduz-se armadura de maior comprimento (de 12 a 18 m). Na extremidade inferior, a

gaiola de armadura deve ter as barras ligeiramente curvadas, formando um cone, de tal

modo que facilite a introduo da armadura no concreto fresco. Cuidado adicional deve

ser tomado quanto aos espaadores, de preferncia plsticos do tipo rolete, pois os solos

so, naturalmente, um meio muito corrosivo e agressivo armadura e a forma em rolete

no atrapalha a colocao da armadura.

A execuo de estacas hlice envolve controles mais sofisticados e por isso

necessita de mais ateno de profissional capacitado (engenheiro geotcnico treinado)

no decorrer de sua execuo. Tanto para controle de execuo como para interpretao

das informaes obtidas no processo, esta prtica no feita com frequncia e pode

comprometer o desempenho das estacas, e consequentemente, do estaqueamento todo.

11

Atravs de diversos estudos, sabe-se que o equipamento usado na execuo da

estaca e seu respectivo operador influenciam muito o comportamento da estaca. Por

exemplo, usar equipamento de baixa velocidade de penetrao, mas com velocidade

angular alta, tende a gerar aumentos desnecessrios na seo do fuste da estaca,

afetando a interao solo-fuste. E essa velocidade no avano depende do maquinrio, do

passo da hlice, do ngulo de corte da lmina, do metal constituinte da lmina, do

estado de conservao da lmina, etc.

Os principais mtodos de capacidade de carga de estacas hlice contnua foram

comparados, por diversos autores, dentre eles, Magalhes (2005), com provas de carga,

estatisticamente. Foram analisados os desempenhos dos mesmos para verificar a

acurcia dos diversos mtodos existentes. As anlises mostraram que os mtodos de

Dcourt e Quaresma (Dcourt, 1996), Antunes e Cabral (1996) e Gotlieb et al. (2000)

apresentaram as melhores estimativas de capacidade de carga para estacas tipo hlice

contnua. Compararam-se tambm os recalques obtidos pela prova de carga com os

obtidos pelos mtodos elsticos de Randolph e Wroth e Poulos e Davis, obtendo-se boa

aproximao.

Segundo Anjos (2006), que executou provas de carga em grupos de fundao do

tipo estaca hlice contnua em verdadeira grandeza assentes num campo experimental

(localizado na UnB), chegou-se concluso que a qualidade da execuo das estacas

hlice influi tanto na capacidade de carga da estaca quanto no seu recalque e

deformabilidade, gerando reflexos no comportamento do estaqueamento como um todo.

Diversos estudos apontam que a etapa executiva de uma fundao ditar,

geralmente, a interao da fundao com o solo. A interao solo-fundao pode sofrer

alteraes dependendo do concreto injetado no furo (relao gua/cimento, suco

mtrica do solo ao redor, segregao do concreto, porosidade dos agregados grados,

etc.). O tempo decorrido entre a abertura do furo e a concretagem tambm influi na

capacidade de carga da estaca hlice contnua, como avaliado por Perez (1997).

Com base em ensaios de campo, observou-se que a configurao da hlice

exerce grande influncia no valor do torque necessrio para escavar os solos e

consequentemente influi na energia necessria para escavar a estaca at a cota de

projeto (influi na capacidade de carga da estaca). Logo, o helicoide do maquinrio deve

12

manter-se o mesmo ao longo da execuo das estacas, para que a comparao entre

energias possa ser feita efetivamente.

O desempenho das estacas helicoidais durante a etapa de instalao

influenciado por diversos fatores, como: passo da hlice, dimetro da hlice, ngulo de

corte da hlice, dimetro da haste interna, espessura da chapa da hlice, rugosidade da

hlice, forma da superfcie de corte da hlice e a forma da ponta da hlice.

Com base nesses estudos, percebe-se que uma preocupao que se deve ter

procurar usar sempre o mesmo modelo de equipamento de perfurao, tendo sempre

alguma hlice bastante semelhante (j que idntica impossvel) como pea de

reposio imediata. importante tambm contar com um plano de manuteno e

reparos eficiente, que trabalhe no intuito de minimizar atrasos execuo das estacas.

Caso isto no seja possvel, deve-se contar com a ajuda de profissionais mais

experientes, comunicando o fato ao projetista e ao consultor e, se for o caso, considerar

essa mudana no equipamento para avaliar qualitativamente a alterao que possa

ocorrer devido quebra da sistematizao do processo executivo ou, at mesmo,

aguardar a soluo do problema e refazer a calibrao antes de retomar a execuo das

demais estacas.

Segundo Poulos (2005), a prpria limpeza do furo tambm altera o

comportamento da estaca (curva carga x recalque), uma vez que a mobilizao da

resistncia de ponta demandaria um recalque muito maior, devido ao solo estar mais

compressvel na base (devido deposio de solo solto gerado no processo de

escavao para a execuo da estaca tipo hlice contnua).

Outros fatores, como: alvio de tenso durante a escavao (inevitvel) /

qualidade na concretagem da estaca / dimetro mximo de agregados do concreto /

presso de injeo do concreto / velocidade de preenchimento do furo, alteram o

comportamento das estacas.

Segundo Arajo et al. (2009), em uma mquina de escavao de estacas tipo

hlice contnua, o torque disponibilizado dependente da potncia dos motores

mecnicos, da bomba hidrulica, das cilindradas dos motores hidrulicos, das relaes

das engrenagens desde o pinho at a coroa, entre outros fatores.

Segundo Almeida Neto (2002), talvez o fator mais importante no desempenho

da estaca hlice seja a concretagem, principalmente quanto presso de injeo. A

13

presso de injeo, por outro lado, uma das caractersticas menos controladas em

campo, pois so facilmente modificadas e raramente feita calibrao antes das

concretagens. Segundo Silva (2011), fatores como: alvio de tenses durante a

escavao, dimetro do tubo de concretagem, trabalhabilidade do concreto, dimetros

dos agregados constituintes do concreto, presso de injeo do concreto, velocidade de

extrao da hlice, ascendncia do concreto pelo helicoide e ruptura lateral do fuste por

excesso de presso de injeo na concretagem afetam a qualidade e o desempenho da

estaca.

Como indicam os estudos citados, diversos fatores influenciam o

comportamento das estacas tipo hlice contnua (observado pela anlise de curvas carga

x recalque), por isso mesmo que a etapa de execuo das estacas escavadas (em

especial a estaca tipo hlice contnua) deve ser mais controlada, gerando a demanda por

uma metodologia de controle de execuo em tempo real, que d suporte para que o

engenheiro possa tomar decises acertadas e em curto intervalo de tempo.

Segundo Silva (2011), com o controle de todo o processo, iniciando pelo projeto

e suas premissas, passando pela execuo e concretagem, pode-se obter uma estaca tipo

hlice contnua que constitua uma fundao segura, econmica, confivel e

tecnicamente certificada em relao ao projeto. Ainda segundo Silva (2011), o

monitoramento das estacas tipo hlice contnua capta e indica aspectos construtivos

adotados, possibilitando a correo de procedimentos equivocados adotados durante a

execuo, antes mesmo de finalizar a etapa de perfurao.

2.4 Estaqueamentos escavados controlados atravs da

energia

Uma das primeiras atividades em um projeto de fundaes obter uma

expectativa de profundidade de assentamento e correspondente capacidade de carga da

fundao, baseando-se em projetos semelhantes ou nos resultados de ensaios de campo.

A atual situao brasileira, de economizar em investigaes geotcnicas e ensaios de

laboratrio ou de campo, reduz drasticamente a confiabilidade do projeto, pois no h

uma confirmao adequada dos parmetros adotados. A dita "economia" muitas vezes

14

contribui para o acontecimento de situaes que demandem grande aporte econmico

para serem solucionadas conduzindo, em diversos casos, a prejuzos importantes.

Segundo Aoki (1997, 2000), a energia de deformao uma varivel de grande

valia na definio da carga de ruptura do sistema solo-fundao usando uma curva carga

x recalque (obtida de provas de carga), pois quando a taxa de variao da energia tende

zero, isto significa que o conjunto solo-estaca est se aproximando da carga de

ruptura, a anlise de sua variao com o carregamento permite saber quo prximo se

encontra a ruptura, a rea sob a curva carga x recalque numericamente igual energia

de deformao acumulada pelo sistema estaca-solo. Alguns estudiosos propem o uso

da forma da curva carga-recalque como parmetro auxiliar no entendimento do

comportamento da estaca, numa tentativa de melhorar o conhecimento dos subsolos,

aumentando assim a confiabilidade nos dados obtidos e usados nos projetos.

Com a metodologia (SCCAP) proposta, Silva (2011) afirma que o controle

executivo de elementos de fundao passa a ser em tempo real, se for utilizado o

software acoplado ao sistema de monitoramento presente no maquinrio de execuo

das estacas tipo hlice contnua e, como benefcio, alcana-se a uniformizao do

estaqueamento quanto energia, e, portanto, quanto capacidade de carga. Gerando-se

assim uma espcie de superfcie de iguais capacidades de carga (certificando a execuo

em relao ao projeto), e isto agrega segurana e confiabilidade ao estaqueamento e em

alguns casos economia na execuo das estacas, ao mesmo tempo em que assegura ao

projetista que o comportamento esperado atingido.

Segundo Silva (2011), a lei de conservao de energia especialmente valiosa

no caso de sistemas com muitas variveis, tal como a escavao de uma estaca. Van

Impe (1998), partindo desse princpio props a equao (2.1) para calcular a energia

consumida para escavar uma estaca Atlas1, sugerindo que esta energia poderia servir

para controlar a capacidade de carga de estacas tipo hlice contnua.

(2.1)

1 Segundo a NBR 6122, uma estaca de deslocamento, de concreto moldado in loco, mediante a

introduo no terreno, por rotao, de um trado que ocasiona o deslocamento do solo junto ao fuste e

ponta, no havendo retirada de solo.

15

onde:

Es = Energia demandada para escavar uma estaca [J/m];

Nd = Fora de impulso vertical (Soma do peso prprio da perfuratriz com a

fora descendente) [N];

vi = Velocidade de penetrao vertical do helicoide [m/s];

ni = Velocidade angular do helicoide [Hz];

Mi = Torque aplicado ao helicoide [N.m];

A = rea da projeo plana do trado [m];

Um detalhe que vale a pena ser realado que a energia usada no deslocamento

lateral do solo junto ao fuste, quando da execuo da estaca Atlas, no responsvel

pelo avano vertical do furo e por isso a equao (2.1), obtida para estacas Atlas, pode

ser usada tambm para estacas hlice contnua. Portanto, deve ficar claro que a equao

(2.1) quantifica a energia dissipada na etapa de avano vertical da escavao.

Em seu trabalho, Silva (2011) mostrou que possvel associar ensaios de campo

e capacidade de carga com a energia necessria para escavar uma estaca.

Silva e Camapum de Carvalho (2010) observaram que, quando as estacas so

executadas em uma obra por um mesmo conjunto operador/mquina, em que o processo

de execuo repetitivo e sistematizado, a energia medida durante a execuo

proporcional capacidade de carga obtida por provas de carga ou estimada por mtodos

semiempricos que utilizam o ensaio SPT.

Na opinio do autor do presente trabalho, a desvantagem da metodologia

SCCAP que em obras grandes, mais longas, visto que podem ocorrer problemas com

o maquinrio e com o operador (e tais problemas so comuns) caso a mquina apresente

algum defeito, a opo esperar o reparo e a recalibrao do monitoramento (gerando

atrasos). Caso o operador falte por qualquer motivo, perde-se o controle e no se pode

avaliar se o resultado ser muito ou pouco diferente do obtido pelo outro operador,

supondo treinamentos/experincias similares para os dois operadores (introduz-se

16

assim variao das energias obtidas, para mais ou para menos). As caractersticas das

obras atuais, em geral, no comportam tal tipo de detalhe, muito em decorrncia da falta

de planejamento, falta de pensamento antecipado sobre as possveis falhas e necessrias

solues. A obra deveria ser cada vez mais encarada como uma fbrica, e ter suas

atividades planejadas (nas trs escalas de tempo - curto, mdio e longo prazo) para se

obter maior eficincia, minimizando os atrasos.

Segundo Silva (2011), para quantificar a energia necessria para escavar uma

estaca, foram incorporadas ao software de monitoramento das estacas formulaes e

rotinas computacionais baseadas na conservao da energia e em conceitos estatsticos,

o SCCAP. As rotinas quantificam e registram a energia gasta pelo conjunto de foras

externas aplicadas ao helicoide durante a escavao de cada estaca de um

estaqueamento e tratam a populao de dados coletados estatisticamente, para controlar

o estaqueamento por meio das caractersticas estatsticas (mdia e desvio padro) de

uma amostra de energia correlacionada com a capacidade de carga (por meio de ensaio

ou por mtodos semi-empricos). A amostra obtida durante a execuo de algumas

estacas previamente selecionadas, de tal maneira que, na rea prxima s estacas da

amostra, exista resultado prvio de prova de carga ou resultados de ensaio SPT,

certificando que os elementos da amostra apresentem caractersticas conhecidas quanto

capacidade de carga. Esse processo possibilita o controle, em tempo real, de cada

estaca do estaqueamento, atravs da conservao de energia. Permite ento a correo

de profundidade de assentamento das estacas, em busca de uma superfcie resistente

tima, em termos de energia, e consequentemente, capacidade de carga e

deformabilidade. O SCCAP um conjunto de rotinas computacionais acopladas ao

sistema de monitoramento dos equipamentos de escavao de estacas tipo hlice

contnua, que gerenciam os dados obtidos pelo monitoramento do maquinrio e a

execuo do estaqueamento, garantindo que todas as estacas atendam aos critrios de

aceitao quanto capacidade de carga, validando o estaqueamento.

.

2.5 Influncia da Variabilidade Geotcnica

Segundo Silva (2011), os principais ensaios realizados na regio por ele

investigada (Braslia, Distrito Federal) so SPT, SPT-T e CPT. Porm o SPT-T no foi

17

considerado acurado, pois depende muito do operador, o SPT tambm depende muito

do operador, porm como o ensaio mais realizado no pas foi considerado.

Silva (2011) descreve a realidade geotcnica-geolgica do Distrito Federal,

frisando a existncia de uma espessa camada de solo no saturado em grande parte do

territrio daquela cidade. Um outro tipo de solo, muito frequente em Braslia (argila

porosa colapsvel com concrees laterticas), resulta em valores de NSPT pequenos

(devido destruio da estrutura original do solo), alta permeabilidade mesmo em se

tratando de argila (devido formao e preservao de macroporos) e elevado potencial

de colapso quando saturado.

Nesse tipo de solo, a deficincia na identificao da camada laterizada leva

equvocos quanto s previses da real capacidade de carga das estacas escavadas (em

especial, estacas tipo hlice contnua), pois calcula-se a capacidade de carga

considerando os valores subestimados pelo ensaio SPT, que no sero to baixos, pois o

mtodo executivo dessas estacas no tende a destruir a estrutura do solo.

2.6 Incertezas em obras geotcnicas

A abordagem probabilstica aplicada geotecnia tem uso crescente, afirma Silva

(2011), mas pouco uso observado na prtica. Geralmente, a confiabilidade nas obras

geotcnicas deixada de lado, muito provavelmente porque a grande maioria dos

profissionais no assunto no dominam os conceitos de probabilidade e estatstica,

devido, em parte, fraca base nos conceitos oferecidos nas faculdades brasileiras e

falta de aplicao em problemas de engenharia (principalmente em nvel de graduao).

O determinismo o conceito mais utilizado para as previses em geral, tais

como deformaes e capacidades de carga, principalmente em engenharia de fundaes.

Segundo Silva (2011), a engenharia de fundaes depara-se, primeiramente, com as

incertezas das condies de carregamento, que se entrelaam com as incertezas

intrnsecas ao solo e com a dificuldade de controle do processo executivo. O uso de

mtodos estatsticos deveria ser rotina para mitigar essas incertezas e reduzir os riscos

inerentes a qualquer projeto.

18

Segundo Silva (2011), o engenheiro geotcnico, em geral, confia na experincia

prvia e deixa de lado os conceitos probabilsticos, e isto s poderia ser feito caso o

modelo pudesse ser modificado durante a execuo, nos casos reais o comportamento

crtico s observado quando j tarde demais.

A heterogeneidade do solo gera um impacto significativo na confiabilidade e no

desempenho das fundaes, porm essa variabilidade dos parmetros pode ser tratada

mediante aplicao de mtodos probabilsticos. As variveis que influem na qualidade

das estacas podem ser tratadas como variveis aleatrias e sofrer tratamento estatstico

para lidar com as incertezas, as caractersticas populacionais podem ser controladas e

verificadas estatisticamente (comprimento, capacidade de carga, energia para

escavao, deformabilidade, etc). Geralmente, as distribuies so do tipo normal ou

Student, dependendo do tamanho da amostra (histogramas, curva sino, etc, so tambm

usados como ferramentas auxiliares). Segundo Ribeiro (2008), as anlises geotcnicas,

previses de deformaes e estimativas de fatores de segurana so realizadas com base

em mtodos determinsticos, que admitem como fixos e conhecidos os parmetros do

solo ou da rocha. Entretanto tais previses so afetadas por incertezas provenientes da

impossibilidade de reproduo fiel das condies reais (naturais) de campo em

laboratrio.

No trabalho de Christian et al. (1994), as incertezas dos solos so divididas em

duas grandes categorias, a primeira consistindo na variabilidade espacial inerente aos

solos e erros atrelados s medidas em si e a segunda consiste nos erros devido a

processos de amostragem e erros humanos.

Segundo Aoki (1997), a variabilidade geotcnica torna difcil a previso da

superfcie de assentamento de um estaqueamento que atenda geotcnica e

estruturalmente aos estados limites ltimo e de utilizao, pois a formao do macio

algo natural e por consequncia muito variada, alm das perturbaes impostas pelo

mtodo executivo das estacas. Aoki (1997) frisa a dificuldade de definir tal superfcie

por falta de mtodos confiveis (como a nega para as estacas cravadas). Alm da

variabilidade de comportamentos, inerente aos macios, h ainda o comportamento da

estrutura de fundao em si, que tambm varia consideravelmente, e do sistema solo-

estaca, que induz perturbaes que alteram as caractersticas do solo (pelo menos em

regies prximas fundao).

19

O conceito de confiabilidade objetiva obter a situao onde Resistncia >

Solicitaes, durante toda a vida til da fundao, com garantia comprovada

matematicamente. Pela dificuldade de quantificao de solicitaes mximas (oriundas

de diversas combinaes de aes) e das resistncias, estimativas e previses so

sempre necessrias para os problemas probabilsticos (incertezas so inevitveis e deve-

se lidar com elas).

Segundo Silva (2011), a execuo de estacas escavadas em geral, assistidas pelo

software (SCCAP), permite aos interessados a verificao, em tempo real, da

capacidade de carga de cada estaca, permitindo assim um ajuste fino da execuo

(estaca por estaca). Problemas como a variabilidade estratigrfica do solo podem ento

ser superados, conferindo maior economia, segurana, confiabilidade e agilidade obra.

2.7 Ensaios de Campo

Segundo Silva (2011), ensaios como SPT, CPT, DMT, PMT, etc, so cada vez

mais usados para controle de qualidade das fundaes. Os avanos dos ensaios, dos

componentes eletrnicos e a evoluo da informtica tem permitido cada vez mais

agilidade na obteno de parmetros de projeto (quando ensaios mais refinados so

usados). O CPT/CPTU vem se consolidando mundialmente como um dos ensaios mais

importantes de campo (especialmente para conhecer a estratigrafia do macio, com

maior detalhe). As dificuldades presentes nos mtodos analticos estimulam o uso de

mtodos diretos. Por mtodos diretos, entendem-se mtodos semiempricos, alguns com

fundamentaes estatsticas, inclusive, a partir dos quais as medidas dos ensaios so

correlacionadas diretamente aos parmetros geotcnicos. J os mtodos indiretos usam

os resultados dos ensaios para a previso de propriedades, possibilitando a adoo de

parmetros.

Como se sabe, o SPT o ensaio mais usado na geotecnia brasileira para clculos

da estimativa da capacidade de carga das fundaes. Segundo Mota (2003), nos ltimos

vinte anos introduziram-se novos equipamentos de investigao, visando ampliar o uso

de diferentes tecnologias em diferentes condies de subsolo. Ensaios mais modernos,

como CPT/CPTU, DMT, pressimetro e outros, enriquecem a geotecnia brasileira,

20

somando-se sondagem percusso2 e permitindo um conhecimento mais profundo e

detalhado acerca dos subsolos, obtendo parmetros mais fiis situao dos macios e,

consequentemente, os projetos de fundaes so concebidos com maior acurcia e

confiabilidade, permitindo projetos mais econmicos e com segurana satisfatria em

relao aos diversos estados limites.

Segundo Anjos (2006), as correlaes existentes, baseadas no SPT, devem ser

tratadas com cuidado, pois o SPT possui uma variabilidade ainda grande de energias

aplicadas ao amostrador, devido ao carter manual de sua execuo no Brasil. Logo

muito dependente da equipe de execuo e das condies do equipamento utilizado, por

isso a correlao s cegas, com base apenas no SPT, deve ser repensada. Alm disso, o

ensaio SPT pode no representar de forma correta as resistncias em alguns tipos

especficos de solos (por exemplo, solos laterizados).

Sabe-se que o ensaio SPT no tem sensibilidade para fornecer informaes sobre

a resistncia de solos muito moles. Em muitos casos o sondador tem que limitar a

penetrao do conjunto e o significado do valor da penetrao em termos quantitativos

muito pequeno. Danziger et al. (2008) consideram mais til a restrio por parte do

operador na penetrao de 45 cm, juntamente com a obteno de amostras para

determinao do teor de umidade do solo nesses casos.

Segundo Silva (2011), teoricamente o ensaio de campo ideal deveria impor um

caminho de tenses e nvel de deformaes uniforme em toda a massa envolvida no

processo, alm de condio perfeitamente no drenada ou de total dissipao de poro-

presso, o que nem sempre possvel.

2.8 Capacidade de carga e carga admissvel

Segundo Van Impe (1994), a ruptura fsica do solo definida como a situao

em que h recalque muito grande para pequenos acrscimos de carga, ou seja, a ruptura

fsica implica em recalque infinito. Para Cintra e Aoki (1999), a ruptura fsica tambm

caracterizada por recalques teoricamente infinitos, concordando com Van Impe (1994),

2 Vale ressaltar que a sondagem tem uma grande importncia quanto a obteno de amostras do solo

(mesmo sendo uma amostra deformada).

21

j a ruptura convencional caracterizada, por exemplo, quando se atinge certo

deslocamento arbitrrio, porm, existem outros critrios.

Dcourt (1996), baseado no conceito de rigidez, definiu a ruptura fsica como a

carga que corresponde rigidez nula, sendo a rigidez uma relao entre carga e

recalque. Sendo assim a ruptura fsica corresponde derivada nula no grfico de carga x

recalque, impondo que o recalque seja infinito para um crescimento muito pequeno de

carga. Alguns autores, dentre eles Dcourt (1996) consideram que a ruptura fsica no

existe na realidade, sendo um conceito meramente terico e, sendo necessria a

definio da ruptura convencional, proposta diferentemente por diversos autores.

O trabalho de King et al. (2000), segundo Silva (2011), obteve concluses

acerca de estacas tipo hlice contnua, com o apoio de 12 provas de carga, e observou-se

entre outras coisas, que:

22

Atingiram-se cargas de pico no fuste para deslocamentos entre 7 e 14

mm, independentemente do dimetro da estaca.

As cargas ltimas (do fuste e da base) foram alcanadas para

deslocamentos da ordem 10 a 20 cm.

Nas 12 estacas ensaiadas, menos de 10% da capacidade de pico foi

atribuda resistncia da base.

As resistncias de pico no fuste foram dependentes da velocidade com

que a prova de carga foi realizada, rpida ou lenta, mas a resistncia

ltima do fuste foi dependente somente da magnitude do deslocamento.

Segundo Jamiolkowski (2003), geralmente aceito que a resistncia ltima da

base de estacas hlice contnua seja mobilizada quando o deslocamento est entre 5 e

10% do dimetro da base da estaca.

Segundo Van Impe (1994), h grande influncia do mtodo executivo da

fundao no comportamento das estacas. As modificaes das caractersticas e do

estado de tenso do solo ao redor das estacas so dependentes do tipo de instalao e

influenciam sensivelmente o desempenho futuro das fundaes.

Segundo Velloso e Lopes (2010), uma fundao corretamente dimensionada

apresenta, ao mesmo tempo, segurana em relao aos estados limite ltimos e aos

estados limite de servio, necessitando-se assim verificar a segurana em relao

capacidade de carga e em relao aos deslocamentos para cargas de servio.

A carga admissvel determinada a partir da carga de ruptura obtida em provas

de carga executadas de acordo com a NBR 12131 (ABNT, 2006). De acordo com a

NBR 6122 (ABNT, 2010), para que se obtenha a carga admissvel das estacas, a partir

de uma prova de carga, necessrio que:

a) A prova de carga seja esttica;

b) A prova de carga seja especificada na fase de projeto e executada no

incio da obra, possibilitando quaisquer adequaes do projeto para as

demais estacas;

c) A prova de carga seja levada at uma carga no mnimo duas vezes a

carga admissvel prevista em projeto.

23

H casos onde a prova de carga realizada na estaca pode no apresentar ruptura

ntida. Isto ocorre, segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), quando a capacidade de carga

da estaca superior carga mxima aplicada na prova de carga. Neste caso no

aconselhado o simples aumento do carregamento, pois todo o aparato usado foi

concebido para a carga mxima aplicada. Caso haja esse aumento da carga, poder

haver condies inseguras durante a etapa executiva da prova de carga.

Nessa circunstncia ainda pode-se usar a extrapolao da curva carga x recalque

para avaliao da carga de ruptura e a ruptura pode ser convencionada como a carga que

corresponde ao recalque calculado pela seguinte expresso, segundo a NBR 6122

(ABNT, 2010):

(2.2)

onde:

= Recalque correspondente carga de ruptura convencionada;

P = Carga de ruptura convencionada;

L = Comprimento total da estaca;

A = rea da seo transversal da estaca;

E = Mdulo de Young do material constituinte da estaca;

D = Dimetro do crculo circunscrito estaca ou, no caso de seo quadrada, o

dimetro do crculo de rea equivalente da seo transversal desta;

A curva carga-recalque deve ser obtida pelo tipo de prova de carga que reflita o

carregamento que ir atuar na estaca durante a sua vida til. aconselhada a realizao

de prova de carga dinmica, por exemplo, para ter uma ideia mais acurada do

comportamento do sistema solo-estaca em estacas que sero solicitadas por cargas

dinmicas importantes ao longo de sua vida til.

No caso presente, estacas tipo hlice contnua, a NBR 6122 (ABNT, 2010) ainda

tem o cuidado de especificar que no mximo 20% da carga admissvel seja suportada

pela ponta da estaca, isto porque, neste tipo de estaca, a limpeza deficiente do furo gera

uma camada de solo solto no contato base-solo, que influi severamente no

comportamento da curva carga x recalque da estaca, apresentando maiores recalques.

24

2.9 Desempenho das fundaes

Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), o desempenho das fundaes deve ser

verificado atravs de pelo menos o monitoramento dos recalques medidos na estrutura,

sendo obrigatrio nos seguintes casos:

a) Estruturas nas quais a carga varivel significativa em relao carga

total, tais como silos e reservatrios;

b) Estruturas com mais de 60 m de altura do nvel do terreno at a cota mais

alta;

c) Elementos onde a relao altura/largura (menor largura) seja superior a

quatro;

d) Fundaes e estruturas no convencionais;

O monitoramento de outras grandezas tais como deslocamentos horizontais,

desaprumos, integridade estrutural e tenses atuantes so bem vindos, devendo o

resultado das medies ser comparado com as previses de projeto.

O projeto de fundaes deve ainda estabelecer o programa de monitoramento,

incluindo: referncias de nvel, especificao dos aparelhos de medida, especificao de

atividades necessrias para a medio acurada das grandezas necessrias, indicao de

frequncia de leituras, enfim, tudo que se julgue necessrio para proporcionar medies

acuradas e auxiliar a programao da realizao das medies [NBR 6122, (ABNT,

2010)].

A NBR 6122 (ABNT, 2010) torna obrigatria a execuo de provas de carga

estticas em obras com um nmero de estacas superior a 100 unidades, no caso de

estaqueamentos tipo hlice contnua, ou simplificadamente, deve-se fazer a prova de

carga esttica em 1% das estacas, arredondando este nmero para mais.

2.10 Efeitos causados pela presena da tenso residual em

provas de carga

Segundo Silva (2011), as cargas residuais so semelhantes s devidas ao atrito

negativo e surgem devido a vrios fatores, entre eles: perturbaes durante a instalao,

reconsolidao do solo aps instalao, ciclos de carregamentos em provas de cargas e

retrao do concreto. O fator retrao do concreto est sempre presente no caso de

estacas moldadas in loco (como o caso das estacas tipo hlice contnua).

25

Velloso e Lopes (2010) afirmam que as estacas sob influncia de tenses

residuais (de qualquer origem) apresentam em parte do fuste (trecho entre a cabea da

estaca e o ponto neutro) tenses distribudas pelo fuste agindo como as tenses devidas

a atrito negativo (fora de cima para baixo, tendendo a aprofundar a estaca) e fora

compressiva na ponta. Ainda segundo Velloso e Lopes (2010), as tenses residuais

alteram o comportamento da curva carga-recalque de uma estaca, porm no alteram a

capacidade de carga da estaca. O mecanismo de transferncia de carga para o solo

alterado, a considerao das tenses residuais pode conduzir a diferentes valores para as

resistncias lateral e de ponta, levando a uma previso de comportamento mais rgido da

estaca, como discutido em Massad (1992, 1993), Costa (1994) e Costa et al. (1994)

para estacas cravadas.

Falconio & Mandolini (2003) abordam a influncia das tenses residuais em

estacas escavadas e, segundo esses autores, o fenmeno ocorre principalmente aps a

concretagem de uma estaca moldada in loco, pois ocorre um processo qumico

exotrmico devido s reaes de hidratao do cimento ao longo da cura do concreto,

podendo haver contrao ou expanso da estaca (deformao), porm, o solo

circundante estaca restringe a deformao e isso gera tenso de atrito (tenso induzida

por restrio de deformaes) na interface solo-estaca. Diversos autores afirmam que

todo sistema composto por estaca e solo est sujeito tenso residual e, portanto, sujeito

carga residual. Assim, foras distribudas pelo fuste (como no atrito negativo) se

contrapem ou se somam, ao longo do fuste, o ponto onde ocorre inverso de sentido da

tenso lateral no fuste, chama-se ponto neutro, assim como no atrito negativo. O

fenmeno ocorre sempre e independe da magnitude do recalque do solo ao redor da

estaca, com deslocamentos obtidos para a mobilizao da tenso residual da ordem de 2

mm. Segundo Goudreault & Fellenius (1990), geralmente ignoram-se as cargas

residuais em anlises de provas de carga instrumentadas, levando a uma maior

estimativa do atrito lateral e a uma consequente diminuio da resistncia de base da

fundao.

26

2.11 Anlise de provas de carga (curvas carga x recalque)

Ultimamente, tem-se feito mais provas de carga para a avaliao da capacidade

de carga das fundaes, segundo Camapum de Carvalho et al. (2008). Muitos projetistas

e executores preferem os ensaios dinmicos por serem mais baratos e mais rpidos,

outros preferem a prova de carga esttica por permitir a anlise direta dos resultados. O

importante mesmo avaliar o melhor ensaio de acordo com a situao da fundao

(tipos de fundao, de solo, tipo de vizinhana da obra e de carregamentos ao longo da

vida til). Exemplos disso so ensaios dinmicos realizados, equivocadamente, em solos

colapsveis e pouco estveis, aos quais no so adequados, pois destroem a estrutura

desses solos e geram respostas muito piores do que a realidade, no representando de

forma satisfatria o comportamento real que este solo seria capaz de apresentar.

Segundo Silva (2011), diversos autores afirmam que a prova de carga esttica

a melhor metodologia para anlise do comportamento de fundaes profundas, pois a

maioria das cargas que atuaro sobre o elemento de fundao tem a caracterstica de

serem cargas aplicadas ao longo da execuo da obra (carregamento em etapas) e sero

mantidas no decorrer da vida til do projeto. Segundo Albuquerque (2001), os

principais motivos que levam adoo das provas de carga estticas so:

a) A possibilidade de avaliao da segurana contra a ruptura condicionada;

b) A possibilidade de anlise de integridade estrutural do elemento de

fundao, embora no to eficiente;

c) A possibilidade de definio da carga de ruptura;

d) E principalmente a obteno do comportamento global do elemento de

fundao, atravs da curva carga-recalque.

Ainda acerca dos tipos de provas de carga, Camapum de Carvalho et al. (2010)

afirmam que, para provas de carga estticas, a opo pela forma lenta ou rpida est

condicionada a critrios tcnicos, por exemplo, as provas de carga rpidas so indicadas

quando se objetiva conhecer o comportamento do elemento de fundao sob situao

no drenada e/ou para estacas em solos no saturados.

Segundo Anjos (2006), o ensaio lento o que melhor se aproxima s condies

que o elemento de fundao ir experimentar na maior parte de sua vida til de projeto.

Um carregamento lento induz, devido viscosidade dos solos, a maiores recalques e a

27

menores capacidades de carga, diferentemente da prova de carga rpida que implica em

maiores capacidades de carga na grande maioria dos casos. Os ensaios de cargas cclicas

so pedidos em situaes especiais em que o projetista, j prevendo certo tipo de

carregamento, precisa saber o comportamento das estacas sob tais circunstncias.

Segundo Anjos (2006), a confiabilidade da extrapolao das curvas obtidas em

provas de carga de estacas escavadas discutvel, extrapolaes feitas com base em

curvas carga-recalque que ainda estavam no trecho inicial (quase elstico), conduziram

a valores de carga de ruptura absurdos. Velloso e Lopes (2010) indicam que se pode

obter uma extrapolao de curvas carga-recalque, confivel, se o recalque mximo

atinge cerca de 1% do dimetro da estaca (deve haver certa evoluo no ensaio, no que

se refere ao recalque imposto durante a prova de carga, para que a curva carga-recalque

obtida reflita de forma mais realista o comportamento das estacas).

Provas de carga no fornecem respostas, apenas dados a interpretar. Segundo

Aoki (1997), a interpretao de provas de carga ainda controversa, vrios critrios

sobre ruptura so estudados e muitos so usados. Formas grficas e matemticas

existem para extrapolar os resultados das provas de carga e tentar definir da melhor

maneira a capacidade de carga ltima (convencional). Uma forma mais simples seria

definir a capacidade de carga da estaca como o valor para recalque igual a certa

porcentagem do dimetro equivalente da estaca (10% tipicamente).

Magalhes (2005), segundo Silva (2011), alerta que as provas de carga

interrompidas prematuramente podem ser classificadas em trs grupos:

a) Provas de carga interrompidas muito cedo, ainda no trecho quase

elstico, o que dificulta a extrapolao da curva, no obtendo uma curva

carga x recalque condizente, o que dificulta a determinao da carga

ltima;

b) Provas de carga interrompidas no estgio timo, o incio da plastificao

do sistema solo-estaca, o que possibilita a boa interpretao da curva, de

modo a obter um comportamento prximo do real, possibilitando a

obteno da carga ltima;

c) Provas de carga interrompidas aps grandes deformaes, com as estacas

j com deslocamentos residuais, as quais no necessitam de extrapolao,

28

porm inutilizam a estaca. A inutilizao da estaca, mencionada

discutvel segundo Lopes (2014).

Segundo Aoki (1997), a energia de deformao (rea sob a curva carga-

recalque) uma varivel de grande valor para a definio da carga de ruptura do sistema

solo-estaca. Fellenius (2001) afirmou que o recalque admissvel deve levar em

considerao tambm a estrutura que est apoiada sobre as fundaes, pois na maioria

dos casos a estrutura apoiada sobre a fundao quem limita o recalque do elemento de

fundao e, consequentemente, a carga admissvel da estaca.

Silva e Camapum de Carvalho (2010), afirmaram que o entendimento da forma

da curva carga x recalque, obtida pela prova de carga axial, tem base na analogia feita

por Terzaghi com a curva tenso x deformao do ao. O primeiro trecho representado

pelo trecho linear elstico que obedece Lei de Hooke (sob pequenas deformaes), o

segundo trecho representa o setor onde a deformao no mais proporcional tenso

(trecho no-linear) e o terceiro trecho representa a regio de ocorrncia da ruptura do

ao. Observando o comportamento da maioria das curvas carga x recalque, obtidas por

provas de carga, Kondner (1963), segundo Silva (2011), observou que a curva para

vrios tipos de solo era sempre no linear, exceto na regio de recalques muito

pequenos.

Segundo Velloso e Lopes (2010), a curva carga x recalque precisa ser

interpretada para que se defina a carga admissvel da estaca. A carga de ruptura ou

capacidade de carga da estaca obtida mediante a correta interpretao da curva carga x

recalque obtida pela prova de carga. Segundo os autores supracitados, o exame visual da

curva carga x recalque pode levar a enganos mesmo se a curva possuir assntota

vertical.

Van der Veen (1953), mostrou que a simples mudana da escala do eixo dos

recalques pode dar a impresso errada do comportamento da estaca. Devido s

dificuldade expostas aqui, alguns critrios foram estabelecidos ao longo dos anos e so

comentados a seguir, tendo sido obtidos de Velloso e Lopes (2010):

29

a) Critrio com base num valor arbitrado de recalque total, plstico ou

mesmo residual (observado aps o descarregamento);

b) Critrios com base na aplicao de uma regra geomtrica curva;

c) Critrios que objetivam a convergncia para a assntota vertical;

d) Critrios que caracterizam a ruptura pelo encurtamento elstico da estaca

somado a uma certa porcentagem do dimetro da base;

Segundo Silva e Camapum de Carvalho (2010), os resultados de provas de carga

podem trazer outras informaes importantes para o projeto como, por exemplo,

demonstrar a que nvel de carga a ponta da estaca ou a base de um tubulo ensaiado

comea a ser mobilizada e, principalmente, onde comeam as deformaes plsticas.

Conhecer esta fronteira relevante para que se defina a carga de trabalho a ser adotada,

considerando-se a capacidade de carga, mas tambm as caractersticas de

deformabilidade do conjunto solo-fundao.

Camapum de Carvalho et al. (2008 e 2010), segundo Silva (2011), realizaram

uma srie de anlises complementares curva carga-recalque levando em considerao

o comportamento caracterstico de vrios tipos de solo e os mecanismos de interao

entre o elemento de fundao e o solo de suporte, para conhecer o comportamento de

estacas tipo hlice contnua e auxiliar no desenvolvimento da metodologia SCCAP.

Silva (2011) ressalva que as mobilizaes de atrito, ponta e deformaes plsticas

podem ocorrer simultaneamente, entretanto as cargas definidas pelos pontos de

inflexes (das curvas recalque imediato acumulado x carga, obtidos pela metodologia

Camapum de Carvalho et al., 2008) delimitam as regies onde o atrito, a ponta e as

deformaes plsticas comandam o comportamento da fundao em termos de

capacidade de carga e deformabilidade.

Segundo Silva (2011), outra metodologia que procura obter informaes da

curva carga x recalque a proposta por Dcourt (2008) que, analisando mais

profundamente o mtodo da rigidez (Dcourt, 1996), observou que se poderia

identificar a regio de domnio de transferncia de carga pela ponta e a de domnio de

transferncia pelo atrito lateral. Segundo Velloso e Lopes (2010), o mtodo da rigidez

consiste na apresentao dos resultados da prova de carga num grfico de rigidez,

30

apresentando no eixo vertical a rigidez (razo carga/recalque) em cada estgio de

carregamento e no eixo horizontal a carga atingida no estgio. Segundo Melo (2009),

citado por Silva (2011), os limites de atrito lateral e de ponta, obtidos pela metodologia

de Dcourt (2008), so aproximados e podem ser aplicados tanto para verificar

resultados de instrumentao como para fornecer informaes em projetos atravs de

provas de carga estticas.

31

3 DESCRIES E ANLISES

3.1 Descrio simplificada da metodologia SCCAP e regio

de realizao da pesquisa

A rotina proposta por Silva e Camapum de Carvalho (2010) foi incorporada ao

software de monitoramento de estacas tipo hlice contnua (podendo ser em outro tipo

de estaca), partindo de amostras energticas coletadas, atravs da medio da energia

necessria para escavar algumas estacas do estaqueamento (conjunto amostral),

agrupando os dados obtidos em distribuies de frequncia, determinando sua mdia e

desvio padro (caractersticas estatsticas). Com isso, permite-se montar critrios de

aceitao da estaca, possibilitando o controle de execuo, em tempo real, do resto do

estaqueamento, com base em medida de energia e comparao com os critrios de

aceitao, validando ou no as estacas quanto capacidade de carga e deformabilidade

de cada uma. Segundo Silva e Camapum de Carvalho (2010), o projetista, o executor e

o cliente podem observar o atendimento ou no ao projeto, permitindo o ajuste estaca a

estaca em obra, conferindo economia, segurana e confiabilidade obra.

A pesquisa de Silva (2011) foi realizada, como j dito, no Distrito Federal. O

relevo compe-se de chapadas (superfcies planas e/ou suavemente onduladas) com cota

mdia de 1100 m. Foram estudadas em sua tese 12 regies, sendo que nas regies 1, 2 e

3 foram feitas as caracterizaes geotcnicas e mineralgicas, por isso serviram de

referncia: o stio 1 s margens do lago Parano; Stio 2 na cidade de Guar; Stio 3 na

cidade de guas Claras.

3.2 Aspectos geolgicos, geotcnicos e pedolgicos

Segundo Silva (2011), a geomorfologia da regio de realizao dos estudos para

a sua tese possui caractersticas fortemente influenciadas pelo clima, pela geologia e por

aes antrpicas. A geologia marcada por dobramentos e diversos tipos diferentes de

rochas-me, fazendo com que, em obras mais extensas, o projeto seja forado a adaptar-

se de setor a setor, interferindo nas tcnicas de execuo das fundaes. Existe sobre o

manto rochoso uma camada varivel de alterao (com graus de alterao tambm

variveis) responsvel pela grande variabilidade do subsolo. A caracterizao do

32

subsolo dos stios 1, 2 e 3 favoreceu a interpretao das relaes existentes entre

propriedades fsicas e mineralgicas com o comportamento das fundaes (capacidade

de carga, deformabilidade e energia necessria durante a execuo). Os aspectos

geolgico-geotcnicos (propriedades fsicas dos solos, propriedades qumicas,

constituio mineralgica, presena de estruturas nos solos, etc) auxiliam sobremaneira

a reunio de informaes sobre o subsolo a ser trabalhado, auxiliando a adoo de

solues mais coerentes e adequadas.

Nas reas estudadas foram confirmadas as presenas de perfis tpicos da regio,

com solo latertico argiloso (constitudo por argila porosa) em camadas pouco

profundas, tendo como consequncia baixos valores de NSPT (pois a ao do ensaio

destri as concrees antes existentes e reduz a resistncia original do solo), levando a

subestimao da resistncia existente. Os levantamentos geotcnicos foram feitos com

base no ensaio SPT, mapas e cartas geolgicas e geotcnicas da regio do Distrito

Federal, Brasil.

A figura 3.1 obtida do trabalho de Silva (2011) mostra a localizao dos stios

estudados na elaborao da metodologia SCCAP

Figura 3.1 - Mapa de localizao dos stios estudados para a validao da metodologia

SCCAP (Silva, 2011)

33

3.3 Caracterizao fsica e mineralgica

O objetivo da realizao da caracterizao a possibilidade de relacionar as

propriedades fsicas e mineralgicas com o comportamento das estacas em termos de

capacidade de carga, deformabilidade e gasto energtico durante a execuo de uma

estaca.

1) Stio I Lago Parano (Braslia):

Obra de construo de um conjunto de edifcios na orla do lago Parano. Esta obra

apresentou lenol fretico superficial devido proximidade com o lago e a presena de

espessa camada de argila mole. A obra formou um banco de dados com 45 sondagens

percusso distribudas em 65.100 m (malha densa de sondagens percusso). A

descrio do stio por Silva (2011) ressalta a presena de latossolos e colvios de

pequena espessura, com ocorrncia de quartzo fragmentado estando sobreposto a

ardsias, quartzitos e metassiltitos do grupo Parano, no escudo Estrutural de Braslia.

2) Stio II cidade de Guar:

O perfil composto por, aproximadamente: 7m de argila porosa, de 1 m a 2m de solo

laterizado e concrecionado, 10 m a 12 m de solo saproltico impenetrvel ao ensaio

SPT. Nesta obra contou-se com um banco de dados de 24 sondagens percusso. As

propriedades fsicas foram obtidas por ensaios padronizados, executados pela UnB, e

por isso tidos como bem executados.

3) Stio III cidade de guas Claras:

Caracterizao obtida do trabalho de Cardoso (1995 e 2002), citado em Silva (2011).

Os levantamentos dos aspectos geolgico-geotcnicos dos locais estudados pelo

trabalho de Silva (2011) (stios de 1 a 12) foram baseados no ensaio SPT (normalizado

pela NBR 6484) atravs de relatrios, obteno de amostras de solo e NSPT.

Para a caracterizao dos solos dos stios 1 e 2, amostras obtidas pelo

amostrador padro do ensaio SPT e por poos de amostragem foram ensaiadas em

laboratrio para obteno dos seguintes parmetros geotcnicos:

34

a) Umidade natural e umidade higroscpica, obedecendo a NBR 6457

(ABNT, 1986);

b) Peso especfico natural, obedecendo a NBR 10838 (ABNT, 1988),

usando amostras indeformadas retiradas de poos de amostragem;

c) Peso especfico aparente seco;

d) Peso especfico dos slidos, obedecendo a NBR 6508 (ABNT, 1984 b);

e) Limite de liquidez NBR 6459 (ABNT, 1984 a) pelo mtodo de

Casagrande;

f) Limite de plasticidade NBR 7180 (ABNT, 1984 c);

g) Granulometria NBR 7181 (ABNT, 1984 d) com e sem o uso de

defloculante;

h) Metodologia Miniatura Compactada Tropical MCT, utilizando as

modificaes introduzidas por Fortes & Nogami (1991), visando a

classificao dos solos laterticos;

i) Difratometria por raios-X, usada para a anlise mineralgica, analisando

todo o perfil amostrado e coletado durante a execuo de uma estaca tipo

hlice contnua nos stios 1 e 2;

No Brasil, quase todas as obras geotcnicas usam o SPT para obter os

parmetros geotcnicos e parmetros do solo mediante o uso de correlaes e,

infelizmente, a prtica da adoo de um maior leque de ensaios de campo e/ou de

laboratrio, a fim de contribuir para o melhor conhecimento geotcnico da obra, no

fazem parte da realidade. sabido que o custo mdio de campanhas de ensaios so

muito pequenos se comparado com o custo do empreendimento, atrelado a isso, a

necessidade de planejamento das etapas de estudos geotcnicos e das etapas executivas

dos ensaios em si influi nessa tendncia em usar poucos recursos tcnicos para a melhor

caracterizao dos subsolos das obras (Silva, 2011).

35

3.4 Energia e Trabalho

Silva (2011) estabelece a hiptese de que o controle da escavao da estaca

serve como elemento de controle tecnolgico, capaz de oferecer maior segurana e mais

confiabilidade s obras. Restringe-se aqui execuo de estacas tipo hlice contnua,

porm, em tese, o procedimento pode ser aplicado a qualquer escavao rotativa

(incluindo tneis), bastando conhecer as foras externas atuantes durante o processo de

escavao e obter metodologias e aparatos de medio de parmetros para medir essas

foras de forma mais acurada.

O conceito de trabalho, realizado para executar uma estaca, um conceito bsico

definido como a rea sob o grfico fora x deslocamento que represente esta relao

para um determinado corpo que sofra a ao de uma fora externa ao longo de um

percurso determinvel. Pode ser considerado tambm o trabalho realizado por parcelas

no conservativas (atrito e adeso), porm essas foras so mais difceis de serem

medidas.

Tipler (1985) demonstra a existncia de uma relao entre o trabalho realizado

pela fora resultante atuante num sistema e a velocidade escalar do sistema nas posies

inicial e final, para o caso de foras constantes no tempo. Esta relao a base para a

afirmao clssica de que o trabalho realizado pela fora resultante igual variao de

energia cintica no sistema. A demonstrao do fato, apresentada em Tipler (1985)

mostrada a seguir:

W = (3.1)

(3.2)

(3.3)

Das equaes 3.1, 3.2 e 3.3, vem:

(3.4)

(3.5)

onde:

W = Trabalho [J];

F = Fora externa [N];

x = Componente de deslocamento na direo da fora externa [m];

36

a = acelerao [m/s];

vf e vi = Velocidades final e inicial, respectivamente [m/s];

Ec = Energia Cintica [J];

Segundo Tipler (1985), o resultado mostrado acima vale tambm nos casos mais

gerais, em que a fora varia com a posio e nos casos de movimento geral nas trs

direes. Imagina-se uma curva qualquer (desde que contnua) e sobre a curva imagina-

se que uma partcula deslocada de um ponto para outro (pontos 1 e 2, por exemplo)

por uma fora que varia com a posio. Em um deslocamento infinitesimal da partcula

sobre a curva, pelo efeito da fora, realiza-se trabalho (W = Fs.s, sendo Fs a

componente de fora com a direo do deslocamento), no limite, quando s tende

zero. O trabalho pode ser calculado por: W =

. No caso mais geral o trabalho

realizado pela fora resultante ainda igual variao de energia cintica, como

demonstrado abaixo.

Da segunda lei de Newton:

(3.6)

Como a velocidade escalar funo das distncias percorridas na curva geral,

aplicando a regra da cadeia:

(3.7)

Ento:

(3.8)

Obtm-se ento, novamente, o teorema da energia cintica: "O trabalho devido

fora resultante igual variao da energia cintica da partcula" (Tipler, 1985).

Segundo Silva (2011), a variao ocorrida dentro do sistema de energia cintica