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Anlise de Estacas Escavada e Hlice Contnua, CarregadasTransversalmente no Topo, em Solo no Saturado de Diabsio

Albuquerque, P.J.R.(1)

; Carvalho, D.(2)

; Miranda Jr, G.(3)

; Zammataro, B.B.(4)

(1)Professor Doutor, FEC, Unicamp, Campinas/SP, pjra@fec.unicamp.br(2)Professor Adjunto, Feagri, Unicamp, Campinas,/SP, david.c@agr.unicamp.br(3)Aluno de Ps-Graduao, Feagri, Unicamp, Campinas/SP, gentil.m@terra.com.br(4)Aluno de Ps-Graduao, FEC, Unicamp, Campinas/SP, zamma@terra.com.br

Resumo:Dentre os vrios tipos de carregamentos a que esto sujeitas as fundaes, podem-se destacar osesforos horizontais. Geralmente percebe-se uma falta de conhecimento de parmetros a serem utilizadospara o projeto de fundaes com este tipo de carregamento, as quais solicitaro o solo superficial, que nocaso dos solos tropicais, em grande nmero de casos, so colapsveis.Visando fornecer subsdios a futurosprojetos geotcnicos, foram realizadas provas de carga horizontais sobre uma estaca escavada e uma hlicecontnua, ambas com 12m de comprimento e 0,40m de dimetro. Os ensaios, conduzidos com o solo noestado natural e com pr-inundao do terreno, foram realizados no Campo Experimental de Mecnica dosSolos e Fundaes da Unicamp em Campinas /SP, cujo solo, no saturado, poroso e classificado comoargila silto-arenosa. Esse trabalho tem como finalidade a anlise dos efeitos da inundao do solo superficialno comportamento das estacas, do carregamento cclico e a determinao do coeficiente de reao horizontaldo solo.

Abstract: Among the various types of loading to which foundations are subject, one can single outhorizontal forces. In general terms, we notice a lack of knowledge on the parameters used to design pile

foundations with this type of load which will stress surface soil, considering that tropical soils are very oftencollapsible. Aiming to furnish input for future geotechnical projects, horizontal loading tests were performedon a bored pile and a continuous flight auger pile, both 12.0 m in length, and 0.40 m in diameter. The loadingtests were performed with the soil in its natural condition and by pre-flooding the area, at the UNICAMPExperimental Soil Mechanics and Foundations Field in Campinas, SP, where the non-saturated soil is porousand classified as silty-sandy clay. The purpose of this paper is the analysis of the effects of surface soilflooding on the behavior of piles, of cyclic loading and determination of the coefficient of horizontal reactionof the soil.

1.INTRODUO

Situaes de cargas horizontais so freqentes emfundaes, porm a comunidade tcnica sentegrande falta de conhecimento das propriedades dossolos tropicais quando se trata do dimensionamentode fundaes submetidas a este esforo. Estetrabalho pretende preencher uma parte da lacunaexistente relativa a este assunto procurando-se obterparmetros vlidos para o solo de Diabsio, comum regio de Campinas, atravs da realizao deprovas de carga horizontal em uma estaca escavadae outra hlice contnua.

Este tipo de carregamento, em que grande parte

das vezes as solicitaes so variveis e cclicas, soaliados tambm em algumas situaes a esforos detrao e compresso.

A presena de solos superficiais colapsveis comum em vrias regies do Brasil. Considerando-

se que estas camadas de solos colapsveis podematingir vrios metros de profundidade e que o solosuperficial desempenha papel importante nocomportamento de estacas carregadashorizontalmente, torna-se importante analisar oefeito desta caracterstica no comportamento dasfundaes.

Desta forma, visando-se fornecer parmetros parao meio geotcnico, foram realizadas, no CampoExperimental de Mecnica dos Solos e Fundaesda Unicamp, provas de carga horizontais com solonatural e pr-inundado, procurando-se verificar o

efeito da colapsibilidade no comportamento dasestacas.

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2. CAMPO EXPERIMENTAL

Este trabalho foi realizado no CampoExperimental para estudos de Mecnica dos Solos eFundaes, implantado no Campus da Unicamp. Nolocal em questo foram realizados diversos ensaiosde campo, ensaios laboratoriais em amostras

deformadas e amostras indeformadas. SegundoCarvalho et. al. (2000), o subsolo da regio formado por magmatitos bsicos, ocorrendo rochasintrusivas bsicas da Formao Serra Geral(diabsio). Perfazem 98 km2da regio de Campinas,ocupando 14% da rea total. O perfil do CampoExperimental constitudo por solo de diabsio,apresentando uma camada superficial de 6,5m deespessura constituda de argila silto-arenosa de altaporosidade seguida de uma camada de silte argilo-arenoso at 17m. O nvel de gua no encontradoat 17m de profundidade. Pelo exposto pode-sedizer que a primeira camada formada por um solomaduro o qual sofreu intenso processo deintemperizao. O fenmeno da lixiviao podeexplicar a porosidade, devido ao carreamento dosfinos para o horizonte mais profundo. A segundacamada formada por um solo residual jovem, queconserva caractersticas herdadas da rocha deorigem. O solo da primeira camada temcomportamento colapsvel (Monacci, 1995),apresentando valores de ndice de colapso, conformedefinido por Vargas (1978), variveis de 2,4% a

24%, dependendo da presso aplicada.

Tabela 1 Valores mdios dos resultados de ensaiosde campo realizados no local.

Solo Prof.(m) NSPT qc(kPa) fc(kPa)

Argila silto-arenosa,marrom

avermelhada

1 4 392 282 2 589 193 3 883 364 4 1324 635 5 1864 856 6 2502 130

Silte argilo-arenoso,

variegado(solo residual)

7 5 2453 1688 5 2256 1939 5 2158 20410 6 2009 22111 7 2551 25412 10 2404 23813 10 2600 26514 7 2551 22415 6 2354 198

Tabela 2 Valores dos ndices Fsicos Mdios.Camada w (%) e n (%) Sr(%)

0 6,5m 23,8 1,72 63,1 41,4

6,5 14m 30,3 1,52 60,0 60,0

3. CARACTERSTICAS DAS ESTACAS

Para a realizao da pesquisa foram utilizadasuma estaca escavada de 0,40m de dimetro e 12mde profundidade e uma outra do tipo hlicecontnua, de mesmas dimenses. A armaduralongitudinal das estacas constituiu-se de 4b16,0mm

(8cm2), com 6m de comprimento e estribos deb=6,4mm, a cada 20cm (Ao CA-50).

Para as estacas escavadas, o fck do concreto(slump 70mm) foi da ordem de 15MPa,utilizando-se brita 2 e areia. O concreto utilizado naestaca hlice contnua (bombevel, slump 240mm)consumiu cimento razo de 400kg/m3e agregados(areia e pedrisco). Para execuo da estaca hlicecontnua utilizou-se a perfuratriz MAIT HR-200,que permite executar dimetros de at 1200mm,com profundidades de at 32m.

As estacas seguiram um alinhamento pr-definido e o espaamento entre elas ficou em 2,4m(6).

4. PROVAS DE CARGA

Na realizao das provas de carga foramutilizados: macaco hidrulico 500kN, clula decarga 50kN, dois relgios comparadores compreciso de 0,01mm e rtula. Todos esses elementoseram vazados e para que no houvesse problema deinstabilidade do sistema durante os ensaios, foi

passado uma barra de ao entre eles e encaixado emduas reentrncias confecionadas nas estacas (Figura1).

Figura 1. Detalhe do encaixe.

As provas de carga foram do tipo rpida (QML),seguindo-se as prescries da NBR 12.131/91. Osincrementos de carga foram 3kN para a prova decarga com o solo natural e de 2kN para a situaopr-inundada. O descarregamento foi feito emintervalos pr-determinados. Foram realizados dois

ciclos de carregamento e descarregamento.

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Figura 2. Vista da prova de carga solo natural.

5. RESULTADOS

So apresentados a seguir os resultados obtidosna realizao das provas de carga, sendo as duasprimeiras com o solo no estado natural e a terceiraaps pr-inundao do terreno, por um perodo de72hs. Na Tabela 3, apresenta-se um resumo dasprovas de cargas executadas.

Tabela 3 Valores mximos obtidos.

Estaca SoloCarga(kN)

Deslocamento(mm)

EscavadaNatural 1PC 54,0 7,82Natural 2PC 67,5 21,20

Inundado 13,0 13,66

H. C.

Natural 1PC 54,0 11,02

Natural 2PC 67,5 33,76Inundado 13,0 30,26

As Figuras 3 e 4 apresentam as curvas carga x

deslocamento resultantes das provas de carga, comos primeiro e segundo ciclos e com pr-inundaodo terreno. Utilizando-se a metodologia propostapor Matlock & Reese (1961), apresentam-se nasFiguras 5 e 6 as curvas de reao horizontal do solo(nh) x deslocamento da estaca na superfcie doterreno (yo), obtidas a partir dos resultados dasprovas realizadas com o solo em seu estado natural,

admitindo-se que o mdulo de reao horizontal dosolo varia linearmente com a profundidade. Para ocaso das estacas em anlise, definiu-se nh Para ointervalo de 6,0 a 12,0mm (Tabela 4).

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Carga (kN)

Deslocamento(mm)

1 Ciclo 2 Ciclo Pr-inundado

Figura 3. Curva carga x deslocamento estaca hlice contnua.

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0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Carga (kN)

Deslocamento(mm)

1 Ciclo 2 Ciclo Pr-inundado

Figura 4. Curva carga x deslocamento estaca escavada.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

y0(mm)

nh(MN/m3)

Figura 5. Curva nhx y0 umidade natural (estaca hlice contnua).

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0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

y0(mm)

nh(MN/m3)

Figura 6. Curva nhx y0 umidade natural (estaca escavada).

6. ANLISE DOS RESULTADOS ECONCLUSES

Os valores do coeficiente de reao horizontal dosolo nh,obtido para deslocamento de 6 a 12mm, soapresentados na Tabela 4. Pode-se observar naFigura 7 que o comportamento da curva nhx yo, foi

muito semelhante para os dois tipos de estaca,mostrando que a reao do solo no variou, apesarde se tratar de dois tipos diferentes de processosexecutivos de estacas. O coeficiente de reaohorizontal (umidade natural) para a estaca escavada

foi de 11,8MN/m3e para a estaca hlice contnua de10,3MN/m3. Estes valores so prximos ao valor de11,9MN/m3, obtido para uma estaca pr-moldadaensaiada no mesmo Campo Experimental (Carvalhoet. al, 1996).

Tabela 4 Valores de nh.

Estaca Solo nh(MN/m3

)Escavada Natural 11,8H. C. Natural 10,3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

yo(mm)

Nh(MN/m3)

Hlice Contnua Escavada

Figura 7. Conjunto das curvas nhx yo umidade natural.

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No terceiro carregamento, tendo o solo j sofridouma pr-inundao, h uma grande perda decapacidade de suporte da estaca, evidenciado oefeito da caracterstica colapsvel do solo, nesse tipode carregamento. Para o mesmo valor dedeslocamento mximo do segundo carregamento,observa-se uma reduo na capacidade de suporte

do terreno de 85% no terceiro carregamento, com osolo pr-inundado.Os resultados indicam que, aps um

carregamento, no descarregamento h poucarecuperao do deslocamento sofrido pela estaca.Em um segundo carregamento, at atingir-se a cargamxima do primeiro carregamento, a estaca sofrepouco deslocamento. A partir dessa carga mxima,no segundo carregamento a curva passa a assumir acontinuidade da curva do primeiro carregamento,como pode ser observado na figura 4.

8. REFERNCIAS

Associao Brasileira de Normas Tcnicas: Provasde carga esttica: NBR 12.131. Rio de Janeiro:ABNT, 1991.

Carvalho, D.; Albuquerque, P.J.R.; Claro, A.T.;Ferreira, C.V. (1996) Anlise de estacacarregada transversalmente no topo, em soloresidual de diabsio. In: 3o Seminrio deEngenharia de Fundaes Especiais - S.E.F.E.III, So Paulo, 1996, Anais, Vol. 1, 145-154

Carvalho, D.; Albuquerque, P.J.R.; Giacheti, H.L.

(2000) Campo experimental para estudos demecnica dos solos e fundaes de Campinas-SP. In: 4o Seminrio de Engenharia deFundaes Especiais - S.E.F.E. IV, So Paulo,2000, Anais, Vol.3, 79-87.

Matlock, H. & Reese, L.C. (1961) Generalizedsolutions for laterally loaded piles. Journal ofthe Soil Mechanics and Foundation division,ASCE, Vol.86, SM5, 63-91.

Monacci, M.D. (1995) Estudo da colapsibilidade deum solo do campo experimental da Faculdade

de Engenharia Agrcola Unicamp. Dissertaode Mestrado, Feagri, Unicamp, 130f.Vargas, M (1978) Introduo mecnica dos solos.

McGraw-Hill do Brasil, Editora daUniversidade de So Paulo, So Paulo, 509p.