Avaliação da capacidade de carga de estacas sujeitas a...

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Helena Isabel Vieira Soares AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS SUJEITAS A AÇÕES VERTICAIS ESTUDO PARAMÉTRICO Mestrado em Construções Civis Construções Civis Trabalho efectuado sob a orientação da Professora Doutora Mafalda Lopes Laranjo Novembro de 2014

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  • Helena Isabel Vieira Soares AVALIAO DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS

    SUJEITAS A AES VERTICAIS ESTUDO PARAMTRICO

    Mestrado em Construes Civis Construes Civis

    Trabalho efectuado sob a orientao da

    Professora Doutora Mafalda Lopes Laranjo

    Novembro de 2014

  • Jri

    Jri

    Professora

  • Agradecimentos

    Agradecimentos

    Os meus mais sinceros agradecimentos a todas as pessoas que de algum modo

    contriburam para a realizao da presente dissertao, em especial:

    Aos meus familiares, em especial aos meus pais e irmo, por todo o apoio que me

    deram ao longo destes anos;

    professora Mafalda Lopes Laranjo, pela excelente orientao, pela

    disponibilidade e apoio demostrado ao longo da realizao deste projeto;

    Ao Doutor Engenheiro Paulo Pinto, pelos ensinamentos e disponibilidade

    prestados;

    Ao professor Patrcio Rocha e ao professor Gonalo Lopes, pelos contactos

    fornecidos;

    Ao Doutor Engenheiro Nuno Pinto, pelo fornecimento do estudo geolgico-

    geotcnico utilizado neste trabalho;

    Ao meu namorado Christophe, pelo apoio, companheirismo e amizade, estando

    sempre presente nos bons e maus momentos;

    Cludia Gomes, pela grande amizade e por me ter incentivado nos momentos

    menos bons;

    A todos os meus amigos, pela importncia da sua presena ao longo deste percurso

    acadmico, por todo o apoio e motivao demonstrado durante a realizao desta

    dissertao, em especial ao Ricardo Rodrigues, Mariana Martins, Tiago Dias, Nuno

    Vitorino, Alexandre Rodrigues, Carlos Gomes, Juliana Sousa e Pedro Silva.

    A todos eles o meu sincero e profundo agradecimento.

  • Resumo

    Resumo

    cada vez mais frequente o uso de estacas, o que se deve em boa medida ao grande

    desenvolvimento dos meios e processos de execuo, bem como ao desenvolvimento dos

    materiais empregues na sua realizao. Contudo, um outro motivo que tem contribudo

    para o aumento do uso de estacas reside no facto de na construo de fundaes profundas

    se utilizarem processos mais industrializados (mecanizados) do que os que se empregam na

    execuo de fundaes diretas. Um dos pontos favorveis que assim se pode diminuir o

    tempo de execuo das fundaes de uma estrutura, o que trar benefcios econmicos.

    Assim sendo, as fundaes devem ter uma resistncia apropriada para sustentar as

    tenses causadas pelos esforos solicitantes. Alm disso, o solo tambm necessita de

    resistncia e rigidez apropriados para no sofrer rotura e no apresentar deformaes

    exageradas.

    No que diz respeito aos diversos tipos de estacas e aos correspondentes mtodos de

    execuo, estes provocam diferentes efeitos de perturbao no solo envolvente. O efeito

    desta perturbao na capacidade resistente das estacas um pouco difcil de quantificar e

    os mtodos analticos de clculo so meramente aproximados e devem ser utilizados com

    bastante prudncia.

    Nesse sentido o pretendido desenvolver-se um trabalho de dissertao que

    descreva as metodologias de conduo dos ensaios, interpretao de resultados e

    modelao do comportamento das estacas sujeitas a diferentes ensaios.

    Assim, na parte inicial deste trabalho, faz-se uma reviso bibliogrfica dos mtodos

    utilizados para a anlise de estacas isoladas e faz-se uma breve descrio dos modelos e

    mtodos de anlise mais utilizados no dimensionamento de estacas isoladas.

    Posteriormente, apresenta-se o trabalho experimental realizado. Descrevem-se os

    trabalhos de execuo e as caractersticas materiais das estacas ensaiadas. Com as

    sondagens do solo em estudo fazem-se os ensaios e apresentam-se os seus resultados.

  • Resumo

    Por fim, faz-se um estudo paramtrico onde se analisa as simulaes numricas das

    estacas ensaiadas e tiram-se as concluses necessrias para a escolha da melhor estaca para

    o solo em estudo.

    Palavras-chave: Estacas moldadas, estacas cravadas, ensaios de carga, mecanismo

    de rotura.

  • Abstract

    Abstract

    It is increasingly more often the use of piles which is due mostly to the great

    development of the means and processes of execution as well as to the development of the

    materials used in its construction. However, there is another reason for the increase in the

    use of pile which is the fact that, in the construction of deep foundations, the processes

    used are more industrialized than the ones used in the making of direct foundations. One of

    the advantages is that with these processes the time of completion of the foundations of a

    structure can be reduced which will bring economic benefits.

    Therefore, the foundations need to have the proper resistance in order to support the

    tensions caused by the soliciting efforts. Moreover, the soil also needs the proper resistance

    and stiffness so it does not rupture and show exaggerated deformations.

    On the other hand, considering the varied types of piles e their correspondent

    methods of execution, these provoke different perturbation effects in the surrounding soil.

    The effect of this disturbance in the resistance capacity is rather difficult to quantify and

    the analytical methods of calculation are merely approximate and should be used with

    prudence.

    In that way, the goal is to develop a dissertation that describes the methodologies

    trials conduction, the interpretation of results and the modelling of the behaviour of the

    piles subject of different trials.

    So, in the initial phase of this work, a bibliographic revision will be made on the

    used methods for the analysis of isolated piles and a short description of the models and

    methods more used in the dimensioning of the piles will be done.

    Later, it the practical work done will be presented. There will be a description of

    the work executed and the most important characteristics of the piles' materials used in the

    trials. In another hand, with the case study soil exploration results, some trials are made

    and the results are explained.

  • Abstract

    Finally, a parametric study is elaborated and there is the analysis of numerical

    simulations of the trial piles and some conclusions are drawn for the choice of the best pile

    for the case study soil chosen.

    Keywords: Moulded piles, drilled piles, load trials, rupture mechanism

  • ndice

    i

    ndice

    1. Introduo ...................................................................................................... 1

    1.1. Aspetos Gerais ........................................................................................................... 1

    1.2. Objetivos do trabalho ................................................................................................ 2

    1.3. Organizao da dissertao ....................................................................................... 3

    2. Estado da arte ................................................................................................ 5

    2.1. Avaliao da capacidade de carga de estacas - Nota inicial ...................................... 5

    2.2. Classificao das estacas ........................................................................................... 6

    2.3. Materiais utilizados em estacas ................................................................................. 9 2.3.1 Madeira ................................................................................................................ 9

    2.3.2 Ao .................................................................................................................... 10 2.3.3 Beto .................................................................................................................. 11

    2.4. Parmetros para a utilizao de estacas ................................................................... 13

    2.5. Capacidade resistente de uma estaca ....................................................................... 13

    2.6. Consequncias da instalao de estacas .................................................................. 15 2.6.1 Consequncias da cravao de estacas em macios arenosos ........................... 15

    2.6.2 Consequncias da construo de estacas moldadas em macios arenosos ....... 16

    2.7. Dimensionamento de estacas carregadas verticalmente com base em ensaios ....... 17

    2.8. Ensaios de carga ...................................................................................................... 17

    2.8.1 Ensaio de carga esttico .................................................................................... 18 2.8.2 Ensaio de carga dinmico .................................................................................. 19

    2.8.3 Frmulas dinmicas ........................................................................................... 20

    2.9. Condies de realizao de ensaios ......................................................................... 22

    2.10. Mecanismos de rotura.............................................................................................. 23

    3. Caso de estudo ............................................................................................. 25

    3.1. Introduo ................................................................................................................ 25

    3.2. Trabalhos Realizados............................................................................................... 26

    3.2.1 Trabalhos de Campo .......................................................................................... 26 3.2.2 Sondagens Rotao e Ensaios SPT ................................................................. 26 3.2.3 Ensaios de Bombagem e Recuperao .............................................................. 28 3.2.4 Nveis de gua no Terreno ............................................................................... 29 3.2.5 Ensaios de laboratrio ....................................................................................... 29

  • ndice

    ii

    3.2.5.1 Amostras de estrutura alterada (solos) .............................................................. 30

    3.2.6 Provetes de rocha .............................................................................................. 30

    3.3. Consideraes Geolgicas ....................................................................................... 31 3.3.1 Enquadramento geolgico ................................................................................ 31 3.3.2 Consideraes Geolgico-Geotcnicas ............................................................ 32 3.3.3 Tipo de terreno .................................................................................................. 35

    3.3.4 Sismicidade ....................................................................................................... 38

    4. Solicitaes verticais: Capacidade de carga de uma estaca ........................ 41

    4.1. Introduo ................................................................................................................ 41

    4.2. Capacidade de carga ................................................................................................ 42 4.2.1 Resistncia lateral ............................................................................................. 43

    4.2.2 Resistncia de ponta ......................................................................................... 43

    4.3. Aes do solo sobre as estacas ................................................................................ 44

    4.4. Estudo paramtrico .................................................................................................. 44 4.4.1 Dados do solo ................................................................................................... 44

    4.4.2 Dimensionamento de estacas circulares pelo mtodo francs .......................... 47 4.4.3 Modelao de estacas no programa FB-MultiPier............................................ 50

    4.4.3.1 Modelao de estacas cravadas com tubo metlico fechado ............................ 53 4.4.3.2 Modelao de estacas moldadas com tubo recuperado .................................... 58

    4.4.3.3 Resumo dos resultados obtidos no programa ................................................... 63

    4.5. Escolha da fundao adequada ................................................................................ 70

    5. Consideraes Finais ................................................................................... 73

    6. Sugestes para trabalhos futuros ................................................................. 77

    Referncias ...................................................................................................... 79

    Anexos ............................................................................................................. 83

  • ndice de Figuras

    iii

    ndice de Figuras

    Figura 1 Execuo das estacas cravadas pr-fabricadas ............................................ 7

    Figura 2 Execuo das estacas moldadas .................................................................. 8

    Figura 3 Representao tpica de cravao de estacas de madeira (Jorge Paulo

    2008) .................................................................................................................................... 10

    Figura 4 Exemplos de estacas metlicas cravadas de perfil H (Paulo Simes, 2008)

    ............................................................................................................................................. 11

    Figura 5 Exemplo de cravao de estaca pr fabricada de beto armado (Jorge

    Paulo 2008) .......................................................................................................................... 12

    Figura 6 Frmulas dinmicas de cravao (P.J.A. Santos, 2008) ............................ 21

    Figura 7 Aspecto da execuo dos trabalhos de prospeco geotcnica ................. 25

    Figura 8 Planta de localizao dos ensaios .............................................................. 26

    Figura 9 Localizao do terreno do caso de estudo (Fonte: Relatrio de sondagens

    GeoRumo) ........................................................................................................................... 32

    Figura 10 Enquadramento do territrio de Portugal Continental no contacto das

    placas tectnicas Euro-Asitica e Africana (Fonte: Relatrio de sondagens GeoRumo).... 38

    Figura 11 Distribuio de isossistas de intensidade mxima de Portugal Continental

    (Fonte: Relatrio de sondagens GeoRumo)......................................................................... 39

    Figura 12 Zonamento Ssmico de Portugal Continental .......................................... 40

    Figura 13 Capacidade de carga ................................................................................ 42

    Figura 14 Condies geolgico-geotcnicas ........................................................... 45

    Figura 15 Ns ao longo da estaca ............................................................................ 51

    Figura 16 Curva p-y para modelar o comportamento no linear do solo ................ 51

    Figura 17 Curvas p-y da E1 para a carga de 1000kN .............................................. 56

    Figura 18 Fora axial ao longo da estaca E1 ........................................................... 56

    Figura 19 Fora axial transferida para o solo pela estaca E1................................... 56

    Figura 20 D/C Ratio E1 ........................................................................................... 57

    Figura 21 Curvas p-y da E8 para a carga de 1000kN .............................................. 59

    Figura 22 Fora axial no topo da estaca E8 ............................................................. 60

    Figura 23 Fora axial no solo da estaca E8 ............................................................. 60

    Figura 24 D/C Ratio E8 ........................................................................................... 60

    Figura 25 Curvas p-y da E14 para a carga de 4000kN ............................................ 61

  • ndice de Figuras

    iv

    Figura 26 Fora axial no topo da estaca E14 ........................................................... 61

    Figura 27 Fora axial no solo da estaca E14 ........................................................... 61

    Figura 28 D/C Ratio E14 ......................................................................................... 62

    Figura 29 Exemplo das curvas p-y de uma estaca moldada .................................... 64

    Figura 30 Exemplos da fora axial ao longo da estaca e da fora axial transferida

    para o solo pelas estacas cravadas ....................................................................................... 65

    Figura 31 Diagrama tenso/extenso do Ao .......................................................... 68

    Figura 32 Diagrama tenso/extenso do beto ........................................................ 68

  • ndice de Tabelas

    v

    ndice de Tabelas

    Tabela 1 Resumo das sondagens realizadas ............................................................ 27

    Tabela 2 Tabela identificadora dos graus de alterao das rochas (ISRM, 1981) ... 28

    Tabela 3 Profundidade do nvel de gua detetado nos furos de sondagem (m) ...... 29

    Tabela 4 Amostras de Ensaios Laboratoriais ........................................................... 30

    Tabela 5 Classificao dos solos ............................................................................. 30

    Tabela 6 Resultado dos Ensaios Laboratoriais ........................................................ 31

    Tabela 7 Parmetros mecnicos dos horizontes geotcnicos .................................. 37

    Tabela 8 Classificao do tipo de terreno de acordo com o Artigo 29 - RSA (Fonte:

    Relatrio das sondagens GeoRumo).................................................................................... 40

    Tabela 9 Parmetros Geotcnicos ............................................................................ 46

    Tabela 10 Fator Kc (Bustamante & Frank, 1999) ................................................... 48

    Tabela 11 Fator e limites de resistncia lateral unitria (Bustamante & Frank,

    1999) .................................................................................................................................... 48

    Tabela 12 Correlao proposta pelos autores SPT-CPT .......................................... 49

    Tabela 13 Clculos de estacas moldadas com tubo recuperado .............................. 49

    Tabela 14 Clculos de estacas cravadas com tubo metlico fechado ...................... 49

    Tabela 15 Resumo dos dados obtidos no programa ................................................ 63

  • Simbologia

    vi

    Simbologia

    medida que vo surgindo, os smbolos utilizados no texto so definidos de forma

    que os respectivos significados no suscitem dvidas. Considera-se, no entanto,

    conveniente apresentar uma listagem dos mais importantes.

    Ab rea da base da estaca

    Asi rea da superfcie lateral da estaca

    C permetro da estaca

    c coeso efetiva

    DR compacidade relativa

    e penetrao da estaca

    Em mdulo pressiomtrico do ensaio PMT

    Gf capacidade de absoro de energia ou energia fraturada

    h altura de queda do pilo

    K0 coeficiente de impulso em repouso

    N60 NSPT corrigido em relao energia de referncia do ensaio SPT (60% de

    energia terica)

    NSPT nmero de pancadas na segunda fase do ensaio SPT

    P fora de reao do solo por unidade de comprimento da estaca

    Pu resistncia ltima do solo

    qb resistncia unitria de ponta

    qs resistncia ao corte mobilizvel na interface estaca-solo

    qsi valor mdio da resistncia ao corte mobilizvel na interface estaca-solo

    R resistncia oferecida pelo solo penetrao da estaca

    Rt capacidade de carga

    Rs resistncia lateral

    Rb resistncia de ponta

    W peso do pilo

    peso da estaca

    y deslocamento da estaca

    z profundidade

  • Simbologia

    vii

    Letras gregas

    coeficiente que depende do tipo de solo (PMT)

    ngulo genrico

    extenso ou deformao

    ngulo de atrito interno do solo

    ngulo de atrito interno do solo em termos de tenses efetivas

    peso volmico do solo

    factor de forma

    coeficiente de rigidez relativa estaca solo

    tenso total

    tenso efetiva

    Ensaios in situ

    CPT Cone Penetration Test (ensaio com o cone penetrmetro esttico - cone holands)

    DMT Dilatometer Test (ensaio com o dilatmetro plano)

    PMT Pressuremeter Test (ensaio com o pressimetro)

    SPT Standard Penetration Test (ensaio de penetrao standard, com o amostrador de

    Terzaghi)

  • 1.Introduo

    1

    1. Introduo

    1.1. Aspetos Gerais

    A EN 1997-1 (2010) define as aes devidas a deslocamentos do terreno como o

    terreno onde se inserem as estacas poder ser sujeito a deslocamentos devidos a

    consolidao, expanso, cargas adjacentes, fluncia do solo, deslizamentos de terrenos ou

    sismos. Estes fenmenos devem ser tidos em considerao, uma vez que podem afetar as

    estacas, provocando foras de atrito lateral negativo, empolamento, tracionamento,

    carregamento transversal ou deslocamento.

    As fundaes indiretas tm como objectivo principal a transmisso de cargas vindas

    de uma estrutura para um estrato do solo resistente, encontrado a uma dada profundidade.

    Deve-se recorrer a este tipo de fundao quando as camadas superiores do solo no

    apresentam capacidade resistente para suportar fundaes superficiais e a escavao

    necessria para atingir camadas resistentes, no economicamente rentvel.

    Bastantes vezes recorre-se a fundaes indiretas em estruturas antigas, j

    construdas mas que por alguma razo necessitam de um reforo ao nvel das fundaes,

    seja por razes de assentamentos ou por um aumento das cargas atuantes. Nestes casos,

    normalmente executam-se as fundaes indiretas sob as antigas fundaes diretas.

    A escolha do tipo de fundao depende de muitos factores. A localizao e o tipo

    de superestrutura a fundar, influenciam largamente essa escolha. Como por exemplo, em

    termos urbanos, no se devem executar estacas cravadas, pois o rudo e a vibrao que

    provocam durante a sua construo podem trazer problemas s edificaes vizinhas e

    causar incmodos s populaes dessas zonas. O valor das cargas a transmitir ao solo

    tambm pesa na escolha do tipo de soluo a executar.

    O solo, na maioria dos casos, constitui o principal factor para se recorrer a

    fundaes profundas, mas por vezes, alguma especificidade da obra em si, razo

    suficiente para o uso deste tipo de soluo. Elevadas cargas verticais ou horizontais ou

    mesmo grandes excentricidades que provoquem momentos significativos so exemplos de

    particularidades de algumas superestruturas que s por si podem levar utilizao de

  • 1.Introduo

    2

    fundaes profundas numa determinada obra, mesmo que se esteja na presena de um

    terreno com boas caractersticas mecnicas.

    O facto de a tipologia dos solos mudar de zona para zona, em Portugal faz com que

    se utilizem diferentes solues de fundaes, conforme a localizao onde se efetua

    determinada obra.

    importante salientar que independentemente da zona do pas, h locais que em

    geral apresentam solos brandos com pouca coeso e com nvel fretico elevado. Assim

    sendo, torna-se necessrio as fundaes atingirem grandes profundidades para que a rea

    de contato entre a fundao e o solo seja grande, pois difcil mobilizarem atrito lateral.

    Para este tipo de situao, as fundaes indicadas so as estacas, que at podem ser

    cravadas de modo a aumentarem a sua capacidade de carga por atrito lateral, j que os

    solos so limpos, com pouca probabilidade de se encontrar fragmentos rochosos.

    1.2. Objetivos do trabalho

    Esta presente dissertao tem como objectivos:

    Recolha, na bibliografia da especialidade, de materiais utilizados em estacas e

    respetivas consequncias da sua instalao;

    Recolha, na bibliografia da especialidade, de mtodos clssicos para avaliao da

    capacidade resistente de estacas;

    Recolha, na bibliografia da especialidade, de mtodos de execuo de estacas;

    Recolha de informao de trabalhos j executados com o programa FB-MultiPier;

    Estudo da interao entre as estacas e o solo envolvente e referentes transferncias

    de esforos das estacas para o solo tendo como base o solo do caso em estudo

    (Centro Cultural de Viana do Castelo);

    Estudo paramtrico da avaliao da capacidade de carga de estacas sujeitas a aes

    verticais.

  • 1.Introduo

    3

    1.3. Organizao da dissertao

    Esta dissertao est dividida em cinto captulos. No primeiro captulo tem como

    tema principal introduo, neste captulo apresenta-se o mbito, os aspetos gerais,

    objetivos e o enquadramento do trabalho.

    No segundo captulo faz-se uma descrio dos modelos e mtodos de anlise mais

    utilizados no dimensionamento de estacas isoladas. Comea-se por fazer referncia a uma

    breve histria sobre estacas, o que so e para que servem. Seguidamente faz-se uma

    reviso bibliogrfica sobre os trabalhos mais relevantes relacionados com o tema em

    estudo. E por fim, apresenta-se um pequeno estudo sobre as aes verticais e horizontais

    do solo sobre as estacas.

    No terceiro captulo destina-se descrio do caso de estudo, onde se encontra a

    descrio do tipo de terreno, dos ensaios e sondagens realizados in situ e em laboratrio

    e as respetivas consideraes geolgicas do terreno. a partir destes dados fornecidos por

    uma campanha de prospeco geolgico-geotcnica feita no terreno que ser executado a

    modelao inicial no programa de clculo com os respectivos parmetros do solo em

    estudo.

    O quarto captulo est direcionado s simulaes numricas das estacas, utilizando

    o programa FB-MultiPier, e analisa-se a adequabilidade das vrias propostas

    apresentadas.

    Por fim, no quinto captulo apresenta-se uma listagem dos aspetos fundamentais

    referidos nesta dissertao e resumem-se as principais concluses deste trabalho. Contudo

    indicam-se ainda alguns temas que podero ser aprofundados em estudos posteriores.

  • Introduo

    4

  • 2. Estado da arte

    5

    2. Estado da arte

    2.1. Avaliao da capacidade de carga de estacas - Nota inicial

    Neste captulo encontra-se uma pesquisa bibliogrfica, onde se selecionaram

    preferencialmente os trabalhos relacionados com: a avaliao da capacidade resistente ltima

    de estacas, a interao dinmica solo-estaca em solos moles, a caraterizao dos diferentes

    tipos de fundaes profundas e o dimensionamento de estacas baseado nos princpios da

    dinmica de cravao.

    Uma estaca um elemento estrutural alongado, instalado no terreno, em posio

    vertical ou ligeiramente inclinada, para lhe transmitir as solicitaes impostas pela

    superstrutura. O seu comprimento, mtodo de instalao, composio e modo de atuao pode

    ser varivel, pelo que se pode dizer que as estacas so meios de fundao utilizveis em

    condies muito diversas.

    At ao incio do sc. XX as estacas eram de madeira, com dimetros da ordem dos

    30cm e comprimentos que no ultrapassavam os 15m. Atualmente, as estacas podem atingir

    dimetros da ordem dos 3 a 4m e comprimentos at 60 a 70m, sendo constitudas por beto

    simples ou armado, ou por ao e, menos frequentemente por madeira.

    O emprego de estacas em fundao tem-se desenvolvido muito rapidamente, pelo que

    nos ltimos anos, s muito raramente se usam outros tipos de fundaes profundas. Por

    exemplo, os caixes ou tubules que se aplicavam h uns anos atrs na fundao de pontes

    esto praticamente postos de lado, tendo sido substitudos por algum tipo de fundao por

    estacas, (Silva Cardoso).

    O que tem contribudo para o aumento do uso de estacas reside no facto de na

    construo de fundaes profundas se utilizarem processos mais industrializados do que os que

    se empregam na execuo de fundaes diretas. Assim pode-se diminuir o tempo de execuo

    das fundaes de uma estrutura, o que trar benefcios econmicos.

    Apesar de atualmente o uso de estacas ser comum e apesar de toda a industrializao e

    maquinaria envolvida, a prtica destas solues remota a tempos antigos. Nos vales e rios com

    fracas caratersticas geotcnicas, as estacas tm sido usadas desde os tempos pr-histricos.

  • Avaliao da capacidade de carga de estacas

    6

    Tambm os mtodos de instalao experimentaram significativa evoluo: os

    equipamentos mais ou menos manuais de cravao deram lugar a sofisticadas mquinas com

    uma potncia muito superior dos equipamentos antigos.

    2.2. Classificao das estacas

    Segundo Rita & Vieira, 2013, as fundaes podem ser classificadas como fundaes

    diretas ou superficiais e indiretas ou profundas, de acordo com a forma de transferncia de

    cargas entre a estrutura e o solo. Se o terreno superficial apresentar caractersticas mecnicas

    adequadas, o tipo de fundao utilizada pode ser superficial, como por exemplo as sapatas, que

    so assentes no terreno, aps remoo da terra vegetal e das camadas mais superficiais de solo,

    geralmente soltas ou de baixa consistncia, a profundidades que normalmente variam entre 1,0

    e 2,5 m.

    Quando a camada superficial com piores caractersticas atinge vrios metros de

    espessura, no usualmente vivel remov-la para executar fundaes superficiais, pelo que se

    recorre habitualmente a fundaes profundas, onde se enquadram as estacas. As estacas so

    executadas por equipamentos ou ferramentas a partir da superfcie.

    Assim, distinguem-se dois grandes grupos de estacas:

    Estacas instaladas sem extrao de terreno, ou seja, que o comprimem de modo a criar o

    espao necessrio, tambm designadas por estacas instaladas com deslocamento do

    terreno;

    Estacas construdas aps a furao e extrao do terreno, ou seja estacas instaladas sem

    deslocamento do terreno.

    Em relao s estacas instaladas com deslocamento do terreno, ao comprimirem

    lateralmente o terreno, estas provocam um aumento muito significativo da tenso horizontal,

    bem como alteraes nas caratersticas do solo envolvente.

    Segundo Nienov, 2006, as fundaes profundas por estacas so recomendadas

    principalmente quando se deseja transmitir a carga da estrutura por meio de material de baixa

    capacidade de carga at atingir uma camada mais profunda com capacidade de carga adequada.

  • 2. Estado da arte

    7

    A sua instalao pode ser feita por vibrao; pancadas de um martelo; presso de

    macacos ou cargas; rotao; sendo que a escolha do mtodo depende fundamentalmente do tipo

    de terreno.

    Estas estacas podem ser de dois tipos: estacas cravadas pr-fabricadas ou moldadas sem

    extrao do terreno, e tambm chamadas de estacas cravadas moldadas.

    As estacas cravadas pr-fabricadas, so estacas slidas ou ocas (com base fechada

    solidarizada ao tubo oco) introduzidas no terreno at atingirem a posio especificada. A sua

    principal caraterstica reside no facto de o solo perturbado ficar em contacto com a estaca pr-

    fabricada. Na figura 1 representa o modo de execuo das estacas pr-fabricadas.

    Figura 1 Execuo das estacas cravadas pr-fabricadas (Esteves, 2005)

    As estacas moldadas sem extrao do terreno so construdas por processo que esto,

    geralmente, patenteados. Na maioria dos processos, em primeiro lugar cravado um tubo

    resistente, fechado na base (com um rolho no solidarizado ao tubo oco), que em seguida

    retirado, ficando a base na posio especificada, ao mesmo tempo que se enche o vazio com

    beto. A figura 2 representa o modo de execuo das escadas moldadas.

  • Avaliao da capacidade de carga de estacas

    8

    Figura 2 Execuo das estacas moldadas (Esteves, 2005)

  • 2. Estado da arte

    9

    2.3. Materiais utilizados em estacas

    As estacas podem ser constitudas pelos seguintes materiais: madeira, ao e beto.

    As estacas de madeira, e tambm as de ao, s so colocadas dentro do terreno

    depois de, fora dele, terem recebido a sua forma definitiva ou fabricadas em estaleiro.

    As estacas de beto simples so executadas dentro de buracos abertos no terreno,

    diz-se por isso que so estacas moldadas no solo.

    As estacas de beto armado tanto podem ser preparadas em estaleiro como

    moldadas no solo.

    2.3.1 Madeira

    At incios do sc. XX as estacas eram em madeira, mas atualmente a sua utilizao

    tem sido muito menos frequente.

    As estacas de madeira so geralmente fceis de obter em qualquer regio, o seu

    custo baixo, suportam bem a cravao e, em dadas condies, tm uma durao ilimitada.

    Ao escolher-se madeira para estacas deve atender-se, antes de mais, s qualidades

    de que depende a sua durao.

    A principal vantagem das estacas de madeira reside na sua durao, praticamente

    ilimitada, quando mantidas permanentemente debaixo de gua. Sujeitas a alternativas de

    secura e humidade, quase todas as madeiras so destrudas rapidamente. Por este motivo

    deve ter-se especial ateno s variaes na posio do nvel fretico. A oscilao do nvel

    fretico pode conduzir deteriorao de estacas de madeiras antigas j existentes. A figura

    3 faz a representao tpica de cravao de estacas de madeira

  • Avaliao da capacidade de carga de estacas

    10

    Figura 3 Representao tpica de cravao de estacas de madeira (Jorge Paulo 2008)

    2.3.2 Ao

    As estacas de ao so geralmente constitudas por perfis H ou tubos. Os tubos

    podem ser abertos ou fechados na ponta, e podem ser cheios com beto aps a cravao.

    Estas estacas provocam poucos deslocamentos do solo aquando a cravao. tambm

    importante destacar que as estacas de ao esto sujeitas corroso, pelo que em certos

    casos se devem proteger com produtos adequados, (Silva Cardoso).

    A principal vantagem das estacas de ao reside no facto de, em quase todos os

    terrenos, aliarem a facilidade de cravao a uma grande capacidade de carga.

    A cravao, por virtude de consistir apenas no corte do terreno, e no na sua

    compresso ou deslocamento lateral, bastante fcil.

    A capacidade de carga das estacas de ao, mesmo quando devida unicamente ao

    atrito lateral, , graas grande superfcie em contacto com o terreno, muito elevada.

    Por aliarem as duas qualidades, facilidade de cravao e grande capacidade de

    carga, as estacas de ao podem ser cravadas at atingirem uma cota previamente fixada,

  • 2. Estado da arte

    11

    sem necessidade de se fazer depender essa cota do comportamento da prpria cravao. Na

    figura 4 est representado um exemplo de estacas metlicas cravadas de perfil H.

    Figura 4 Exemplos de estacas metlicas cravadas de perfil H (Paulo Simes, 2008)

    2.3.3 Beto

    Segundo Henrique & Ferreira, (2012) as estacas de beto so uma opo muito

    utilizada essencialmente para terrenos onde numa profundidade relativamente grande, no se

    encontram caractersticas para suportar as cargas que lhe so impostas pela superestrutura.

    Na sua grande durao, mesmo quando sujeita a alternncias de ciclos de secagem e

    molhagem, reside a principal vantagem da estaca de beto.

    As estacas de beto podem ser pr-fabricadas ou betonadas in situ. Em Portugal

    usam-se sobretudo estacas betonadas in situ. O cimento que compe o beto pode ser

    atacado pelos cidos formados por determinados materiais que existem em alguns tipos de

    solos (geralmente orgnicos). A gua salgada pode tambm reagir de modo adverso com o

    cimento a menos que sejam tomadas medidas especiais aquando da composio do beto.

  • Avaliao da capacidade de carga de estacas

    12

    As estacas de beto pr-fabricadas so constitudas por beto pr-esforado, e

    usam-se sobretudo nos casos em que os esforos so de trao. Para assegurar a

    continuidade das estacas com os macios de encabeamento usual cortar a cabea das

    estacas deixando a armadura vista. As estacas pr-fabricadas, por causa do seu peso e

    comprimento podem ser difceis de transportar.

    A sua grande vantagem reside na boa qualidade e na facilidade de controlo do beto

    fabricado. Sempre que empreguem este tipo de estacas, h necessidade de, previamente,

    com o maior cuidado, estudar bem o terreno. Na figura 5 est representado um exemplo de

    cravao de estacas pr-fabricadas de beto armado.

    Figura 5 Exemplo de cravao de estaca pr fabricada de beto armado (Jorge Paulo 2008)

    As estacas de beto moldado in situ so formadas vertendo, de modo adequado,

    beto em furos previamente realizados. As vantagens que apresentam em relao s pr-

    fabricadas so fundamentalmente o facto de no se desaproveitar material, dado que as

    estacas no tm que ser cortadas como por vezes acontece com as pr-fabricadas se forem

    demasiado longas; no apresentam problemas de transporte; pode-se alargar a ponta para

    aumentar a resistncia da estaca; a construo ser menos ruidosa do que a cravao de

    estacas pr-fabricadas, e podem construir-se estacas de grandes dimetros. Em

  • 2. Estado da arte

    13

    contrapartida, tm os inconvenientes de a qualidade do beto ser inferior do beto das

    estacas pr-fabricadas; ser difcil controlar o posicionamento das armaduras; o andamento

    dos trabalhos poder ser mais lento uma vez que tem que se esperar que o beto ganhe presa

    e em solos moles ou em solos arenosos abaixo do nvel fretico, a furao ter de ser

    encamisada, (Silva Cardoso).

    2.4. Parmetros para a utilizao de estacas

    Empregam-se estacas nos mais diversos tipos de obras: fundaes, estacadas,

    consolidao de terrenos, proteo de margens, ensecadeiras, etc.

    Devem usar-se estacas, nas seguintes condies, (Franco, 2011):

    Quando uma ou mais camadas superficiais so muito compressveis e/ou

    apresentam reduzida resistncia para suportar as cargas transmitidas pelas

    estruturas;

    A estrutura a ser projetada muito sensvel aos assentamentos estimados;

    Quando se prev a ocorrncia de assentamentos diferenciais significativos, devido

    variabilidade das condies do terreno ou das cargas a transmitir ao terreno;

    Quando as cargas da estrutura so essencialmente horizontais ou de trao;

    Quando financeiramente no compensa a realizao de fundaes superficiais ou a

    realizao em terrenos adequados difcil de executar.

    2.5. Capacidade resistente de uma estaca

    A capacidade resistente ltima de uma estaca representa o valor de carga mxima

    que lhe pode ser aplicada sem que a mesma sofra rotura mecnica, isto , corresponde

    mxima resistncia disponvel do conjunto solo estaca.

    Uma estaca submetida a um carregamento vertical ir resistir a essa solicitao

    parcialmente pela resistncia ao corte gerada ao longo de seu fuste e parcialmente pelas

    tenses normais geradas ao nvel de sua ponta (Andraos, 2009).

    No projeto estabelecida uma carga, pela qual a estaca dimensionada. Esta carga

    deve ser inferior sua capacidade resistente ltima. Assim sendo, o desenvolvimento de

  • Avaliao da capacidade de carga de estacas

    14

    solues de fundaes em estacas requer, geralmente, uma estimativa da capacidade

    resistente ltima, ainda que a ordem de grandeza dos assentamentos controle geralmente o

    nvel de carregamento das estacas por razes associadas ao funcionamento das estruturas a

    sustentar.

    A capacidade resistente de uma estaca pode ainda ser obtida diretamente a partir de

    ensaios de campo com o cone penetrmetro holands (CPT).

    A capacidade resistente de uma estaca pode ainda obter-se ensaiando a estaca.

    Distribuir a carga total numa estaca, entre carga de atrito e aderncia e carga de ponta.

    hoje facto comprovado que no ensaio de uma estaca as primeiras fases de carga

    podem no chegar praticamente ponteira da estaca e ficarem apenas sob a forma de atrito

    e aderncia ao longo do fuste. Isto , a transferncia de carga da estaca, para o terreno

    comea por dar-se ao longo do fuste por atrito e aderncia. Em princpio, s depois de

    mobilizada toda a resistncia de atrito comea a ponta a tomar carga. Este facto entende-se

    perfeitamente se considerarmos que para mobilizar a resistncia de atrito que varia

    diretamente com o impulso lateral ativo ou impulso em repouso, so necessrios

    deslocamentos nfimos (mm), enquanto para mobilizar a resistncia de ponta so

    necessrios deslocamentos muito superiores (cm).

    Segundo J. Barreiros Martins, (2002) , existe uma dificuldade em calcular a carga

    devida a atrito lateral e aderncia da estaca ao terreno se for tambm coesivo. Essa

    resistncia depende muito da forma como a estaca foi instalada. Assim, se a estaca

    cravada e pr-moldada; o solo que a cerca ser comprimido at rotura, isto , no momento

    de passagem da ponteira a cada nvel estabelece-se a na parede lateral da estaca um

    impulso passivo. Todavia, se a estaca se encontrar mais abaixo, como ser natural,

    camadas mais resistentes, a vibrao e encurvadura da estaca devidas s pancadas do bate-

    estacas poder at desunir a estaca do terreno em certos trechos.

    Da que seja muito aleatrio o valor do coeficiente de impulso; pode, porm, dizer-

    se que ser superior ou pelo menos igual ao coeficiente de impulso em repouso, Ko. E isto

    por dois motivos: mesmo que momentaneamente a estaca solte do terreno, com o tempo o

    terreno volta a encostar estaca e, como houve introduo de um volume adicional de

    matria slida (o volume das estacas), o solo na rea do macio de estacas tem uma

    densidade final maior que a inicial.

  • 2. Estado da arte

    15

    2.6. Consequncias da instalao de estacas

    O mtodo usado na instalao de uma estaca pode influenciar o seu comportamento

    quando sujeita a solicitaes. Desse mtodo depende tambm a severidade dos efeitos

    sobre as estruturas vizinhas, sendo de referir entre estes os deslocamentos e as vibraes.

    A maior parte dos estudos realizados sobre os efeitos da instalao de estacas

    refere-se a estacas cravadas, uma vez que so estas que provocam maiores perturbaes no

    solo envolvente.

    2.6.1 Consequncias da cravao de estacas em macios arenosos

    Quando uma incluso cravada num macio arenoso incoerente o solo

    compactado por deslocamentos e vibrao, havendo assim lugar a um rearranjo

    permanente e algum esmagamento das partculas. Assim, pode dizer-se que em solos

    soltos, a resistncia aumenta em consequncia do aumento da compacidade relativa.

    Alguns ensaios em modelo reduzido permitiram verificar que numa areia

    inicialmente muito solta (DR=17%) a cravao induzia movimentos no solo at distncias

    da ordem dos 3 a 4 dimetros da face lateral da estaca, e da ordem dos 2,5 a 3,5 dimetros

    abaixo da ponta da estaca. Numa areia medianamente compacta (DR=35%) a zona de

    influncia era um tanto mais extensa, estendendo-se at 4,5 a 5 dimetros em relao ao

    fuste e at 3 a 4,5 dimetros abaixo da ponta da estaca. Verifica-se assim que, terminada a

    compactao, os maiores aumentos da compacidade e consequentemente do ngulo de

    atrito se registam abaixo da ponta das estacas.

    Segundo Esteves, (2005), no processo de cravao, a estaca sofre uma deformao

    elstica e quando essa ao exterior cessa ela tende a voltar ao seu comprimento inicial.

    Contudo, o solo contraria esse movimento, causando tenses de corte verticais e com

    sentido descendente, semelhantes ao atrito negativo. O atrito negativo desenvolve-se na

    parte superior do fuste da estaca, enquanto na sua ponta permanecem as tenses

    compressivas.

  • Avaliao da capacidade de carga de estacas

    16

    2.6.2 Consequncias da construo de estacas moldadas em macios arenosos

    O efeito da instalao de estacas moldadas em macios incoerentes, em muitos

    casos, requer que se utilizem tubagens, cuja cravao durante a fase de abertura do furo e

    posterior levantamento quando se procede betonagem, pode acarretar a deteriorao das

    caratersticas mecnicas do solo.

    O uso de lamas densas pode permitir a diminuio da importncia da deteriorao

    referida, mas em compensao pode conduzir a um decrscimo da resistncia mdia da

    interface solo-estaca, devido ao lubrificante das lamas que no sejam retiradas.

    O solo situado sob a base das estacas pode tambm ser perturbado pelas operaes

    de furao.

    Citando Esteves, (2005), as estacas moldadas com recurso a tubo moldador so

    estacas que provocam reduzido deslocamento no terreno, desta forma, o estado de tenso

    pouco alterado ou aumenta ligeiramente devido cravao esttica do tubo moldador. Este

    tipo de estacas tem a grande vantagem de provocar pouca compresso ou deslocamento do

    solo, sendo o seu uso recomendvel quando particularmente til, ou mesmo imperativo,

    reduzir ao mnimo os movimentos e a perturbao do terreno. O seu uso imperativo

    quando se pretende manter o furo estvel na ocorrncia de solos sem coeso, submersos,

    etc.

    Relativamente s estacas moldadas com recurso tcnica de trado contnuo, estas

    foram concebidas para aproveitar as vantagens da perfurao por rotao, como sejam o

    alto rendimento e a ausncia de vibraes, e eliminar os riscos de execuo, uma vez que

    asseguram a estabilidade das paredes da perfurao durante a betonagem e a limpeza da

    ponta da estaca. Assim sendo, este tipo de estacas induzem baixos deslocamentos ao

    terreno, porque so moldadas no local, servindo o prprio trado como revestimento

    provisrio.

  • 2. Estado da arte

    17

    2.7. Dimensionamento de estacas carregadas verticalmente com base em ensaios

    Segundo Fonseca, (2007), tm sido duas as vias principais de dimensionamento de

    estacas, uma delas a deduo de parmetros fundamentais dos solos (resistncia e

    rigidez) atravs de ensaios de laboratrio sobre amostras indeformadas ou de correlaes

    com ensaios in situ, para posterior uso das frmulas estticas clssicas de equilbrio

    vertical, e a outra via correlacionar diretamente a resistncia lateral (fuste) e de ponta

    (base) com parmetros obtidos diretamente dos ensaios in situ, como PMT ou CPT. Os

    CPT so validados por ensaios realizados sobre estacas em verdadeira grandeza.

    As duas vias supracitadas tm um certo grau de incerteza, a de que os resultados

    dos ensaios in situ so realizados sobre o solo na sua condio natural indeformada e,

    assim, podero no refletir o seu estado alterado, particularmente em redor da estaca por

    via da instalao. Este problema particularmente relevante em estacas cravadas, mas

    tambm nas moldadas clssicas, e de trado, pois as condies de execuo so

    manifestamente irreprodutveis. Por essa razo, todos os mtodos de previso ou de clculo

    so muito discutveis e devem ter por base ensaios de carga.

    2.8. Ensaios de carga

    Os ensaios de carga so a ferramenta mais eficaz para avaliar a capacidade

    resistente ltima de estacas e a resposta destas em tenso/deformao mas, por razes de

    custo, tempo e, muitas vezes, por limitaes dos equipamentos, no so levados at

    rotura.

    Os ensaios de carga destacam-se por poderem assegurar um melhor desempenho

    dos elementos de fundao conforme previsto em projeto. Para o efeito devem ser

    realizados nas condies mais desfavorveis dos terrenos de fundao previstos no local de

    obra e reproduzir os aspectos referentes, em particular, geometria, tcnica construtiva e

    tipo de carregamento previstos, (Franco, 2011).

    Como explicado em Franco, (2011) a realizao de ensaios de carga em verdadeira

    grandeza pode justificar-se por diferentes razes: pela verificao para que a rotura no

    seja atingida antes do valor da carga mxima previamente definida para o ensaio. O

  • Avaliao da capacidade de carga de estacas

    18

    coeficiente de majorao geralmente uma vez e meia a duas vezes a carga mxima de

    servio da(s) estaca(s); para validar a ordem de grandeza da capacidade resistente da(s)

    estaca(s) face a estimativas baseadas em anlises tericas estticas ou dinmicas, ou obter a

    caracterizao dos terrenos por retro - anlises, as quais permitiro fundamentar o projeto

    de outras estacas; para avaliar o comportamento carga/deformao da(s) estaca(s),

    particularmente para valores de carregamento que aproximam a carga mxima de servio;

    e para confirmar a integridade da(s) estaca(s).

    Os ensaios de carga em estacas podem ser utilizados de diferentes formas tal como

    referenciado na NP EN 1997-1 (2010). Podem ser utilizados para verificar o melhor

    mtodo construtivo, para determinar a resposta ao carregamento, quer em termos de

    assentamentos como de carga limite, de uma estaca representativa e do respetivo terreno

    circundante e para permitir ter uma opinio fundamentada sobre o conjunto da fundao

    por estacas.

    Na maioria dos projetos de grandes dimenses, deve ser realizado um nmero

    especfico de ensaios de carga. A principal razo a falta de fiabilidade dos mtodos de

    clculo.

    Considera-se que existem dois tipos de ensaios de carga distintos: o ensaio de carga

    esttico, que consiste na aplicao de uma carga esttica diretamente na estaca de teste,

    registando-se, pelo menos, a carga aplicada e os assentamentos na cabea da estaca, e os

    ensaios de carga dinmicos de impacto (pancada de pilo com medio da deformao e da

    acelerao em funo do tempo durante a ocorrncia de impacto), considerando-se ainda

    que, no caso de estacas cravadas, o prprio processo executivo pode ainda conduzir a

    estimativas da capacidade resistente ltima atravs de frmulas de cravao ou de anlises

    baseadas na propagao de ondas.

    2.8.1 Ensaio de carga esttico

    A realizao de ensaios de carga estticos s se justifica em obras importantes,

    onde necessria uma aferio cuidadosa do comportamento das estacas, quer em termos

    de resistncia, quer em termos de assentamentos.

    recomendado a realizao de ensaios de carga estticos, quando o seu nmero

    obviamente reduzido, face aos custos que este envolve e, portanto, muito questionvel

  • 2. Estado da arte

    19

    quanto sua significncia. No caso de se efetuar apenas um ensaio de carga, o Eurocdigo

    7 diz-nos que a estaca deve localizar-se na zona onde se preveja que as condies de

    terreno sejam as mais adversas. Caso seja necessrio a realizao de mais do que um

    ensaio, os locais escolhidos devem ser representativos do terreno de fundao, devendo

    uma das estacas localizar-se na zona onde se presuma existirem as condies de terreno

    mais adversas, (Santos, 2002).

    Segundo Avelino, (2006), este ensaio visa fornecer elementos para avaliar o

    comportamento carga versus deslocamento e estimar as caratersticas de capacidade de

    carga das estacas atravs da aplicao de esforos estticos crescentes estaca e registar os

    deslocamentos correspondentes. Os esforos aplicados podem ser axiais de trao ou

    compresso, ou transversais.

    Para a obteno de uma resposta dinmica, pode-se utilizar dispositivos que

    forneam valores de deformao, de acelerao ou de deslocamento, em funo do tempo e

    numa seco transversal especfica da estaca.

    Em alternativa aos ensaios de carga estticos, o Eurocdigo 7 permite que o

    dimensionamento das estacas se baseie em ensaios de carga dinmicos, desde que tenha

    sido realizado previamente um programa adequado de caracterizao do terreno e o

    mtodo de ensaios tenha sido calibrado com base em ensaios de carga estticos efetuados

    em condies compatveis, (Santos, 2008).

    2.8.2 Ensaio de carga dinmico

    Tradicionalmente a capacidade resistente das estacas verificada atravs do ensaio

    de carga esttico, mas devido a questes econmicas e aos prazos de execuo das obras,

    nalguns pases tem vindo a ser complementado pelo ensaio de carga dinmico(G. Pereira,

    Jorge, Alberto, 2004).

    O ensaio de carga dinmico consiste basicamente na aplicao de um impacto

    dinmico no topo da estaca. Baseando-se na teoria de propagao da onda possvel

    avaliar as resistncias lateral e de ponta a partir das medies da fora e da velocidade total

    em qualquer ponto da estaca, (Santos, 2008).

  • Avaliao da capacidade de carga de estacas

    20

    Segundo Avelino, (2006), este ensaio visa verificar o comportamento da interao

    estaca-solo durante a aplicao de uma fora de impacto no seu topo atravs da obteno

    de dados de fora, acelerao e/ou deslocamento da estaca prximo do seu topo. Com esses

    dados, avalia-se a capacidade de carga, a eficincia do sistema de cravao, as tenses

    mximas ao longo da estaca, a integridade estrutural, alm das caratersticas do solo.

    De acordo com Santos, (2008), as principais vantagens do ensaio de carga

    dinmico so: possibilitar a obteno de uma srie de informaes no instante da prpria

    cravao; atravs de anlises mais racionais baseadas na teoria de propagao da onda

    oferecem maior fiabilidade relativamente s simples frmulas dinmicas de cravao; sob

    o aspeto econmico consideravelmente menos oneroso do que um ensaio de carga

    esttico; como um ensaio bastante expedito possvel realizar em nmero significativo e

    em tempo til compatvel com a programao das obras.

    2.8.3 Frmulas dinmicas

    Em alternativa, a capacidade resistente da estaca pode ser avaliada com base em

    frmulas dinmicas de cravao. Estas frmulas baseiam-se em princpios energticos,

    estabelecendo a igualdade entre a energia potencial do pilo e o trabalho despendido para a

    cravao da estaca:

    EeRhw (1)

    Em que:

    W = peso do pilo;

    h = altura de queda do pilo;

    R = resistncia oferecida pelo solo penetrao da estaca;

    e = nega ou penetrao da estaca;

    DE = perdas de energia do sistema.

  • 2. Estado da arte

    21

    Figura 6 Frmulas dinmicas de cravao (P.J.A. Santos, 2008)

    Teoricamente as frmulas dinmicas podem ser aplicadas a qualquer tipo de

    estacas, a sua utilizao prtica restringe-se geralmente s estacas cravadas, devido

    necessidade da mobilizao do equipamento de cravao. Assim sendo, estas frmulas

    dinmicas s devem ser utilizadas quando for conhecida a estratificao do terreno e

    dever ter-se em ateno a influncia da velocidade de carregamento, principalmente nos

    solos argilosos, (Santos, 2008).

    Segundo Santos, (2008) as frmulas dinmicas de cravao apresentam algumas

    limitaes dado que a sua deduo baseia-se na teoria de choque dos corpos rgidos, no

    tomando em considerao as foras de amortecimento do sistema, no que se refere

    resistncia mobilizada pela queda do pilo, geralmente no suficiente para mobilizar a

    resistncia ltima que o solo pode oferecer e tambm existem fatores pouco conhecidos

    que tornam difcil a quantificao das perdas de energia do sistema (DE).

    Tem que se salientar que a maior utilidade das frmulas dinmicas reside no facto

    de permitirem aferir a eficincia do sistema de cravao utilizado. Assim, torna-se possvel

    controlar a intensidade da fora de impacto durante a cravao evitando danos na estaca.

  • Avaliao da capacidade de carga de estacas

    22

    2.9. Condies de realizao de ensaios

    Os ensaios de carga devem ser conduzidos em estacas executadas para esse fim

    exclusivo, antes do dimensionamento estar concludo, ou em estacas definitivas, que fazem

    parte do sistema de fundaes. Assim, a quantidade de estacas ensaiadas para verificar o

    projeto dever ser estabelecido tendo em ateno a inconstncia dos terrenos de fundao,

    as experiencias devidamente documentadas do comportamento do mesmo tipo de estacas

    em situaes semelhantes e ainda do nmero total de estacas e dos seus tipos na fundao a

    dimensionar, (Fonseca, 2007).

    Seguindo o raciocnio Fonseca, (2007), quando se quer atingir a carga mxima nos

    ensaios tem que se ter em conta o tipo de estacas ensaiadas. Caso as estacas sejam

    experimentais, dever-se- levar a carga at rotura, mas ainda uma definio um pouco

    discutvel. Por outro lado, se as estacas forem de servio, o EC7 institui que a carga dever

    atingir, pelo menos a carga de servio.

    Por vezes nem sempre possvel realizar ensaios de carga por dificuldade de

    modelao das condies de carga, neste caso tm que ser usados valores de clculo muito

    cuidadosos. Nesta situao, como referenciado no EC7 deve-se proceder no perfil de solos

    avaliado como o mais desfavorvel, no sendo avalivel, deve-se ser muito prudente na

    avaliao do valor caraterstico da resistncia compresso.

    Para se obter bons resultados nos ensaios, ter que se conhecer previamente as

    condies do terreno em estudo, a sua categoria geotcnica e eventuais registos do

    comportamento de estacas do mesmo tipo e construdas em macios equivalentes.

    bastante importante o conhecimento do macio que se ir utilizar em estudo, a

    profundidade das sondagens e dos ensaios in situ deve ser tal que permita conhecer com

    segurana a natureza do macio envolvente e abaixo da estaca. Para se obter toda a

    informao exaustiva do terreno recorre-se por exemplo aos ensaios de CPT para

    carregamentos eminentemente verticais e os pressimetros para os transversais.

  • 2. Estado da arte

    23

    2.10. Mecanismos de rotura

    Quando os solos de fundao apresentam caractersticas de resistncia insuficientes

    e grande deformabilidade, ou quando a viabilidade de reforo com fundaes superficiais

    reduzida, recorre-se a um reforo da fundao, com a transferncia de carga para camadas

    mais profundas, com recurso a estacas ou micro-estacas, (J. P. V. V. Pereira, 2012).

    Aumentando progressivamente a carga axial transmitida estaca, chegar o

    momento em que o sistema estaca-solo envolvente entra em rotura. O modo de rotura

    depender sobretudo, da estratificao e da resistncia ao corte das camadas do macio.

    Segundo Fernal, (2003) um solo instvel, com uma rigidez temporria mantida pela

    presso de suco e/ou cimentao com um estado resistente instvel diante do aumento

    do teor de humidade, pois quando se ultrapassa um limite crtico acontece o colapso, desde

    que a carga atuante tambm esteja acima de um certo limite. Portanto, os solos susceptveis

    ao colapso apresentam uma grande sensibilidade ao da gua.

    A aplicao mais tpica de estacas quando a estaca atravessa um estrato de fracas

    caratersticas mecnicas, penetrando a sua ponta num estrato mais resistente. Caso no

    exista sob a base da estaca uma camada mais fraca, um aumento excessivo da carga atuante

    produzir uma rotura geral por corte do estrato inferior, uma vez que o estrato superior no

    evita a formao de cunhas de rotura. Antes da ocorrncia desta rotura, o efeito do

    atrito/adeso ao longo do fuste no significativo, uma vez que a rigidez da camada

    inferior impede que os assentamentos sejam significativos.

    Sousa, (2006), afirma que o modo de rotura quando uma carga aplicada na cabea

    de uma estaca vertical, livre de se mover em qualquer direo, a carga inicialmente

    equilibrada pelo solo existente perto da superfcie. Em consequncia do carregamento, o

    solo situado na face anterior da estaca no sentido do carregamento sofre um acrscimo de

    tenso ao contrrio do que acontece na sua face posterior, cuja tenso diminui. medida

    que o carregamento aumenta, existe uma transferncia de carregamento para zonas cada

    vez mais profundas. O solo existente na face posterior da estaca tende a separar-se dela

    abrindo-se uma fenda e no solo existente na sua face anterior comea a formar-se uma

    cunha de rotura que tende a deslocar-se verticalmente. Para profundidades maiores, devido

  • Avaliao da capacidade de carga de estacas

    24

    a um maior confinamento do solo, a sua rotura d-se por escoamento do solo da face

    frontal da estaca para a sua face posterior.

    Se as camadas que envolvem o fuste forem de tal modo fracas que no so capazes

    de conferir um certo confinamento estaca, o risco de ocorrncia de rotura do sistema por

    causa da encurvadura da estaca torna-se elevado.

  • 3. Caso de estudo

    25

    3. Caso de estudo

    3.1. Introduo

    No presente captulo encontra-se a descrio do tipo de terreno, ensaios e

    sondagens realizados in situ e em laboratrio e as respetivas consideraes geolgicas do

    terreno do caso de estudo escolhido para esta dissertao. a partir destes dados

    fornecidos por uma campanha de prospeco geolgico-geotcnica feita no terreno que

    ser elaborado o modelo base do terreno de estudo para estacas.

    Para a Cmara Municipal de Viana do Castelo, o Ncleo de Prospeco da Direo

    de Geotecnia da empresa Mota-Engil, Engenharias e Construo, S.A. executou uma

    campanha de prospeco geolgico-geotcnica com o objetivo de identificar e caraterizar

    as formaes ocorrentes nos terrenos onde foi construdo o Centro Cultural de Viana do

    Castelo.

    Este reconhecimento geotcnico teve por objetivo a identificao das caratersticas

    mecnicas das formaes ocorrentes, a definio da cota do firme em termos

    geotcnicos, bem como a avaliao da influncia das mars na variao do nvel fretico.

    Na figura 7 apresenta-se um aspeto da execuo dos trabalhos de prospeco geotcnica.

    Figura 7 Aspecto da execuo dos trabalhos de prospeco geotcnica (Mota-Engil)

  • 3.Caso de Estudo

    26

    3.2. Trabalhos Realizados

    3.2.1 Trabalhos de Campo

    Os trabalhos estipulados de campo tiveram a durao de 16 dias, tendo sido

    realizados 4 furos de sondagem rotao (S1, S3, S7 e S9) com trado oco de 205mm em

    ambiente terroso, e rotao com amostragem duplos T2 de 76.0mm e 86.0mm e

    wireline Corae HO de 95.7mm de dimetro, em ambiente rochoso. Para alm destes

    trabalhos, foram realizados ensaios SPT e ensaios de bombagem e recuperao. Na figura

    8 apresenta-se a planta de localizao dos ensaios efetuados no local.

    Figura 8 Planta de localizao dos ensaios

    3.2.2 Sondagens Rotao e Ensaios SPT

    O SPT Standard Penetration Test um ensaio dinmico que consiste em cravar

    no fundo de um furo de sondagem devidamente limpo, um amostrador normalizado, com

    dimetros exterior e interior de, respetivamente 2 e 1 3/8. A cravao efetuada

    recorrendo-se a um pilo com 63.5 kgf de peso que cai livremente de uma altura de 30,

  • 3. Caso de estudo

    27

    sobre um batente que por sua vez est ligado a um trem de varas, cuja ponta o amostrador

    normalizado.

    O ensaio composto por duas fases: na primeira fase o amostrador cravado 15

    cm, registando-se o respetivo nmero de pancadas, a esta fase correspondem em regra

    solos remexidos pelo que o valor obtido nesta fase meramente indicativo.

    Na segunda fase o amostrador cravado mais 30 cm, sendo o resultado do ensaio

    SPT o nmero de pancadas obtido. Se aps 60 pancadas a penetrao no atingir os 30 cm,

    termina-se o ensaio medindo a penetrao obtida.

    Atendendo ao critrio de paragem das sondagens estipulado pelo projetista, foi

    efetuada uma furao mnima de 10.0m em macio rochoso em todas as sondagens

    realizadas.

    Os resultados das sondagens efetuadas, apresentam-se resumidos na Tabela 1.

    Tabela 1 Resumo das sondagens realizadas

    Sondagem (a)(m)

    Prof.

    atingida

    (m)

    (b)

    (m) (c)

    (d)

    (m)

    N de

    Ensaios

    SPT

    (e)

    (m)

    S1 3,04 25,5 15 - - - - 10,5 9 - - - -

    S3 3,19 17,5 7,5 - - - - 10,0 5 - - - -

    S7/Pz 3,05 49,0 37,5 1,5 10,0 26 49,0

    S9/Pz 3,18 31,5 13,0 4,0 14,5 6 31,5

    Total 123,5 73,0 5,5 45,0 46,0 80,5

    (a) Cota da boca do furo

    (b) Furao em solos

    (c) Cascalheiras e aterro com pedras

    (d) Furao em rocha

    (e) Piezmetros

  • 3.Caso de Estudo

    28

    A tabela 2 faz a identificao dos graus de alterao das rochas.

    Tabela 2 Tabela identificadora dos graus de alterao das rochas (ISRM, 1981)

    Classificao Descrio

    W1 Rocha s

    W2 Rocha levemente alterada

    W3 Rocha medianamente alterada

    W4 Rocha alterada a muito alterada

    W5 Rocha muito alterada a parcialmente decomposta

    3.2.3 Ensaios de Bombagem e Recuperao

    O ensaio de bombagem consiste na extrao de gua atravs de um furo ou de um

    poo de grande dimetro, a caudal constante ou varivel, e na observao do nvel de gua

    na prpria captao e se possvel, em captaes vizinhas.

    Os ensaios de recuperao consistem na medio dos nveis de gua a partir do

    momento em que se interrompe a bombagem, que permitem comprovar o grau de conexo

    hidrulica entre o furo e o aqufero.

    O tratamento matemtico dos valores recolhidos com estes ensaios permite

    determinar informaes relativas s caratersticas hidrulicas do aqufero, bem como do

    meio poroso e/ou rochoso interessados. Na realizao destes ensaios, definem-se os

    intervalos de tempo, de modo que esta se reparta o mais uniformemente numa escala

    logartmica.

    So medidos os nveis iniciais do nvel de gua em repouso, tanto no furo onde se

    efetua o ensaio, como nos furos de observao, caso existam. Ao iniciar-se a bombagem,

    registam-se os valores dos nveis de gua de acordo com os intervalos de tempo

    estabelecidos.

  • 3. Caso de estudo

    29

    Ao fim do tempo estabelecido anteriormente para a durao do ensaio de

    bombagem, termina-se de bombear e a partir deste momento regista-se os valores de

    recuperao do furo, utilizando uma escala de tempo anloga do ensaio de bombagem.

    3.2.4 Nveis de gua no Terreno

    Aps a concluso dos furos de sondagem e de um perodo de estabilizao,

    procede-se medio dos nveis de gua.

    No intuito de se assegurar a avaliao do nvel de gua no terreno, foram instalados

    nas sondagens S7 e S9, dois piezmetros de PVC com 90mm de dimetro, devidamente

    crepinados, envoltos em material drenante (geotxtil) e dotados de tampa de proteo.

    A tabela 3 contm os registos referentes aos nveis de gua detetados.

    Tabela 3 Profundidade do nvel de gua detetado nos furos de sondagem (m)

    Dia Hora S1 S3 S7/Pz S9/Pz

    1 18h00 - - - - - - - - - - - - 3,40

    2 11h40 - - - - - - - - - - - - 2,90

    3 9h00 - - - - - - - - - - - - 4,0

    4 9h00 - - - - - - - - 3,6 3,9

    5 11h45 - - - - - - - - 3,9 4,1

    6 13h35 - - - - - - - - 3,3 3,5

    7 10h00 - - - - - - - - 3,7 3,8

    8 14h00 F.S. a 3,10 - - - - 3,3 3,3

    9 16h45 - - - - 3,1 3,0 2,8

    10 16h10 - - - - 3,1 3,1 3,2

    11 11h45 - - - - 3,0 3,1 3,3

    No furo S3 foi instalado um piezmetro at aos 6.0m de profundidade, para efeitos

    de realizao do ensaio de bombagem.

    F.S. Fechou seco profundidade indicada.

    3.2.5 Ensaios de laboratrio

    Como complemento dos trabalhos de campo, efetuaram-se ensaios em laboratrio

    sobre amostras de estrutura alterada (solos) e provetes de rocha, recolhidas aquando da

    realizao da campanha de prospeco.

  • 3.Caso de Estudo

    30

    3.2.5.1 Amostras de estrutura alterada

    A escolha das amostras de solo que foram sujeitas a ensaios laboratoriais teve como

    base a realizao prvia de um estudo petrogrfico macroscpico. Assim, aps anlise das

    mesmas, escolheram-se as indicadas na tabela 4, as quais foram consideradas

    representativas dos solos interessados.

    Tabela 4 Amostras de Ensaios Laboratoriais

    Sondagem Amostra Profundidade

    (m)

    Anlise

    Granulomtrica

    Limites de

    Atterberg

    S1 S1 (4.5m) 4.5 X X

    S3 S3 (4.5m) 4.5 X X

    S7 S7 (9.0m) 9.0 X X

    S9 S9(12.0m) 12.0 X X

    S1 (4.5m) e S9 (12.0m): As amostras selecionadas so representativas da areia de

    gro fino a grosseiro, de cor cinzenta a negra;

    S3 (4.5m) e S7 (9.0m): As amostras selecionadas so representativas da areia

    lodosa de gro fino a mdio, de cor acastanhada a negra.

    Segundo a norma ASTM 2487, os solos recolhidos e analisados em laboratrio, so

    classificados de acordo com o presente na tabela 5:

    Tabela 5 Classificao dos solos

    Amostra Classificao Grupo

    S1 (4.5m) SW-SM Areia bem graduada com silte

    S3 (4.5m) SW-SM Areia bem graduada com silte

    S7 (9.0m) SW-SM Areia bem graduada com silte

    S9(12.0m) SP-SM Areia mal graduada com silte

    3.2.6 Provetes de rocha

    Os provetes de rocha sujeitos realizao dos ensaios da resistncia compresso e

    determinao das massas volmicas real e aparente e das porosidades total e aberta, foram

    selecionados com base nos vrios graus de alterao do macio rochoso intersectado

  • 3. Caso de estudo

    31

    durante a campanha de sondagens, de modo a obter-se uma gama de variao dos

    resultados pretendidos.

    Na tabela seguinte encontra-se apresentado um resumo das caratersticas e

    resultados das amostras sujeitas realizao dos ensaios, as quais foram consideradas

    representativas das litologias e graus de alterao interessados.

    Tabela 6 Resultado dos Ensaios Laboratoriais

    Sondage

    m Litologia

    (a)

    (m)

    (b)

    (Mpa)

    (c)

    (Kg/m3)

    S1

    Massa de

    pegmatito com

    megacristais de

    feldspato e micas

    9.60-9.84 107.82 2550

    S3

    Granito de gro

    mdio a

    grosseiro, com

    diferenciaes

    pegmatiticas

    esbranquiadas

    14.00-14.40 95.06 2580

    S7

    Granito de gro

    mdio a

    grosseiro

    39.33-39.50

    41.70-42.12

    46.00-46.26

    36.94

    75.26

    66.20

    2490

    2580

    2580

    S9

    Granito de gro

    mdio a

    grosseiro

    25.50-25.70 138.74 2630

    (a) Profundidades de recolha (b) Resistncia compresso (c) Massa volmica aparente

    3.3. Consideraes Geolgicas

    3.3.1 Enquadramento geolgico

    A rea de estudo fica inserida geologicamente na margem direita do Rio Lima,

    junto foz, onde possvel encontrar Aluvies atuais do mesmo Rio, como descrito na

    folha 5-A, Viana do Castelo da Carta Geolgica de Portugal.

  • 3.Caso de Estudo

    32

    Figura 9 Localizao do terreno do caso de estudo (Fonte: Relatrio de sondagens GeoRumo)

    De acordo com a referida carta, a rea est inserida na Unidade Moderna

    caraterizada por Aluvies atuais (a), constituda por lodos, areias e cascalheiras fluviais, e

    por areias de dunas (ad), estando estas formaes assentes na unidade de idade Ordovcica

    constituda por granitos alcalinos de gro grosseiro ou medio a grosseiro.

    Segundo a mesma carta, este granito, por vezes, acompanhado por files e massas

    pegmatticas, observando-se macroscopicamente grandes cristais de felspatos, moscovite e

    biotite.

    3.3.2 Consideraes Geolgico-Geotcnicas

    Os elementos obtidos atravs das sondagens rotao realizadas, pela empresa

    Mota-Engil, permitiram identificar os seguintes materiais:

    (At/B) Pavimento betuminoso: Foi observado nas sondagens S1 e S7, desde a

    superfcie, at uma profundidade de sensivelmente 0.5m.

    (At) Aterro heterogneo: solo de aparncia areno-siltosa com fragmentos

    rochosos: Ocorre superfcie do terreno nas sondagens S3 e S9, at cerca de 1.5m e 3.5m

    de profundidade, respetivamente, e em S7 entre os 4.5m e os 6.0m de profundidade. Foram

    obtidos valores dos Ensaios SPT compreendidos entre 5 e 60 pancadas, correspondendo a

  • 3. Caso de estudo

    33

    uma variao de compacidade de solos soltos a muito compactos. Denote-se que estes

    valores no devero ser considerados representativos das caratersticas de compacidade do

    estrato, uma vez que se encontram falseados pela presena dos fragmentos rochosos

    observados.

    (At/a) Aterro: areia de gro fino a grosseiro de cor cinzenta a acastanhada

    (Areia bem graduada com silte (SW-SM)): Ocorre em toas as sondagens, sobrejacente

    ao estrato de aluvies abaixo descritos (a1). Os resultados dos Ensaios SPT encontram-se

    compreendidos entre 9 a 39 pancadas, o que corresponde a uma variao de compacidade

    de solos soltos a compactos. Foi recolhida uma amostra para ser submetida a ensaios de

    anlise granulomtrica e determinao dos Limites de Atterberg, na sondagem S1 aos

    4.5m, tendo sido classificada segundo a norma ASTM 2487, como uma areia bem

    graduada com silte (SW-SM).

    (At/E) Aterro: pedrapleno/enrocamento: Este material foi observado em S9 a

    profundidades compreendidas entre 3.5m e 7.5m, sendo de salientar que durante a sua

    furao no afluiu gua boca do furo, facto este que poder indicar a presena de vazios

    significativos entre os fragmentos rochosos do pedrapleno.

    (At/J) Mistura de solo com calda de cimento, possivelmente resultante do

    tratamento de jet-grouting utilizado na fundao do edifcio vizinho ao local da

    obra: Este material foi apenas observado na sondagem S9 entre 7.5m e 11.5m de

    profundidade, com recuperaes de amostragem de 100%.

    (a1) Aluvies: areia lodosa de gro fino a mdio de cor cinzenta a negra (areia

    bem graduada com silte (SW-SM)), por vezes com seixos rolados (dimetro mximo

    observado de 4cm): Ocorre em todas as sondagens subjacente aos estratos de aterro atrs

    descritos, com uma possana mxima observada de sensivelmente 4.0m. os resultados dos

    Ensaios SPT encontram-se compreendidos entre 3 a 10 pancadas, correspondendo a solos

    muito soltos a soltos. Foram realizados ensaios de anlise granulomtrica e determinao

    dos Limites de Atterberg a duas amostras de solo (sondagem S3 aos 4.5m e S7 aos 9.0m),

    tendo sido classificadas segundo a norma ASTM 2487, como areias bem graduadas com

    silte (SW-SM)).

    (a2) Aluvies: areia de gro mdio a grosseiro de cor cinzenta: Este estrato foi

    observado apensas na sondagem S7 a profundidades compreendidas entre 28.5m e 32.5m,

    subjacente s areias lodosas anteriormente descritas. Os valores dos Ensaios SPT

  • 3.Caso de Estudo

    34

    realizados encontram-se entre 16 e 19 pancadas, o que corresponde a um solo

    medianamente compacto.

    (a3) Aluvies: seixos rolados de variadas dimenses (dimetro mximo

    observado de 10cm), com areia: Ocorre em S3, S7 e S9 com uma possana mxima

    observada de 1.5m, sobrejacente ao granito abaixo descrito. Os valores dos Ensaios SPT

    variam entre 28 a 60 pancadas (1 Fase), o que corresponde a uma variao de

    compacidade de solos medianamente compactos a muito compactos.

    (g) Granito de gro mdio a grosseiro cinzento a azulado, por vezes com

    diferenciaes ou massas pegmatticas, com os seguintes graus de alterao:

    Decomposto a muito alterado (W5/W41): Esta rocha apresenta-se decomposta

    pela alterao in situ, o que lhe confere uma cor acastanhada, sendo a textura da rocha

    me ainda visvel. Desagrega-se com a mo num solo de aparncia areno-siltosa, estando

    os feldspatos alterados em argilas, sendo possvel recuperar pequenos fragmentos de rocha

    resistentes que no so partidos com a mo. Este granito foi observado em S7 a

    profundidades compreendidas entre os 34.0 e os 39.0m, subjacente aos estratos

    anteriormente referidos, com valores de 60 pancadas do Ensaio SPT (muito compacto).

    Muito alterado (W4): A rocha apresenta fragmentos que no so partidos com a

    mo sendo praticamente frivel. Ocorre em S1 compreendida entre 24.7m e 25m de

    profundidade, numa zona mais fracturada de um granito medianamente alterado (W3), a

    pouco alterado a medianamente alterado (W2/W3), associado possivelmente a uma zona

    preferencial de percolao de gua.

    Medianamente alterado (W3): Esta rocha foi detetada em todas as sondagens,

    exceo de S9, tendo sido registadas recuperaes de 60% a 100%, e ndices de RQD2 de

    26% a 100%. A rocha apresenta uma tonalidade cinzenta, sendo visvel alterao em todo

    o macio.

    Pouco alterado a medianamente alterado (W2/W3): Esta rocha foi interceptada

    no final da sondagem S1, com um espaamento de fraturas. Atendendo ao facto de este

    granito se ter encontrado apenas no final da sondagem, os ndices RQD encontram-se

    falseados.

    Pouco alterado (W2): Apresenta alterao apenas nas imediaes das fraturas. Foi

    observado no final das sondagens S3, S7 e S9, com recuperaes de 93% a 100%, e ndices

    RQD entre 71% e 100%.

  • 3. Caso de estudo

    35

    Pegmatto pouco alterado a medianamente alterado (W2/W3), esbranquiado,

    com megacristais de feldspato e micas: Ocorre em S3 a profundidades compreendidas

    entre 10.5m e 14.0m, no sendo possvel confirmar se se trata de um filo ou apenas de

    uma massa pegmattica. A recuperao foi de 100%, e o ndice RQD de 93% a 100%.

    1Classificao do grau de alterao de macios rochosos, sugerido pela

    International Society for Rock Mechanics.

    2Rock Quality Designation ndice indicativo da qualidade de macios rochosos,

    que est relacionado com os estados de alterao e fratutao, Deere (1967).

    O RQD, Rock Quality Designation (0-100%), corresponde razo entre a soma

    dos comprimentos dos carotes com mais de 100mm) e o comprimento total da manobra

    de sondagem; a classificao qualitativa apresentada a partir dos valores do RQD, de

    acordo com:

    - RQD (%): 0-25; 25-50; 50-75; 75-90; 90-100.

    - Qualidade do macio: Muito pobre; Pobre; Fraca; Boa; Excelente.

    3.3.3 Tipo de terreno

    O macio rochoso constitudo por granitos alcalinos de gro mdio a fino,

    frequentemente recortados por files aplito-pegmatticos. Na cobertura do macio rochoso

    foram identificados aterros arenosos, com seixos e blocos de natureza grantica, de altura

    varivel, construdos sobre depsitos aluvionares do rio Lima.

    Estes, com possanas entre os 24 e os 36 metros, so constitudos por areias

    grosseiras a finas, por vezes silto-argilosas, com seixo rolado abundante, e lodos silto -

    arenosos com restos de conchas na base.

    Individualizou-se quatro horizontes geotcnicos, com base na caracterizao

    macroscpica da amostragem e nos resultados dos ensaios SPT. A avaliao dos

    parmetros geotcnicos associados a cada horizonte foi realizada segundo dois critrios de

    referncia:

  • 3.Caso de Estudo

    36

    Horizontes G1 a G3 resultados de N1(60) utilizando as correlaes de Decourt

    (1989) para o ngulo de resistncia ao corte e de Decourt (1992) para avaliao do

    mdulo de deformabilidade.

    Horizonte G4 resultados de RMR (Rock Mass Rating) para a deduo dos

    parmetros bsicos do critrio de Hoek & Brown modificado (1994), conforme se

    descreve em seguida.

    Horizonte geotcnico G1

    Este horizonte representa os solos orgnicos e aluvionares, essencialmente arenosos

    com elementos lticos dispersos, que se apresentam muito soltos, com valores de NSPT

    inferiores a 5 pancadas. Estimam-se para estes terrenos pesos volmicos da ordem dos 16 a

    17 kN/m3, ngulos de resistncia ao corte de 28 a 30 e um mdulo de deformabilidade

    inferior a 20 MPa. As tenses de servio so inferiores a 50kPa.

    Horizonte geotcnico G2

    O Horizonte G2 representa os solos aluvionares arenosos medianamente compactos

    com valores de NSPT entre 10 e 30 pancadas. Estima-se para estes materiais um peso

    volmico da ordem dos 18 a 19 kN/m3, um ngulo de resistncia ao corte entre 32 e 35 e

    um mdulo de deformabilidade entre 30 e 60 MPa. A tenso admissvel de referncia

    enquadra-se no intervalo dos 100 a 300 kPa.

    Horizonte geotcnico G3

    O Horizonte G3 representa os solos aluvionares arenosos muito compactos com

    valores de NSPT sempre superiores a 60 pancadas. Estima-se para estes materiais um peso

    volmico da ordem dos 21 a 22 kN/m3, um ngulo de resistncia ao corte entre 38 e 40 e

    um mdulo de deformabilidade entre 300 e 400 MPa. A tenso admissvel de referncia

    enquadra-se no intervalo dos 600 a 800 kPa.

    Horizonte geotcnico G4

    O Horizonte G4 corresponde ao macio rochoso medianamente alterado, que

    evidencia valores de GSI entre 40 e 45. Nestas condies, estima-se para estes materiais

    um peso volmico da ordem dos 24 a 25kN/m3, uma coeso efetiva entre 200 e 250 kPa,

    um ngulo de resistncia ao corte equivalente entre 55 e 57 e um mdulo de

  • 3. Caso de estudo

    37

    deformabilidade entre 1000 e 1500 MPa. A tenso admissvel de referncia superior a

    1000 kPa.

    Na tabela 7 apresentam-se os parmetros geotcnicos associados a cada um dos

    horizontes geotcnicos, nomeadamente o peso volmico - , a coeso efetiva - c o ngulo

    de resistncia ao corte - , o mdulo de deformabilidade do macio Em e a tenso de

    contacto admissvel.

    Tabela 7 Parmetros mecnicos dos horizontes geotcnicos

    (*)

    Intervalos

    NSPT

    GSI

    (**)

    (KN/m3)

    C (1) (KPa)

    (1) ()

    Em (1) (MPa)

    (***) (KPa)

    G1 NSPT

  • 3.Caso de Estudo

    38

    Refira-se que as tenses admissveis indicadas neste quadro no so valores fixos para

    cada tipo de terreno. Variam em funo do tipo de estrutura, das dimenses, da forma e

    da profundidade das fundaes, bem como dos assentamentos admissveis.

    3.3.4 Sismicidade

    O territrio de Portugal Continental encontra-se situado a norte da fronteira entre o

    contacto das placas Euro-asitica e Africana, sendo a interao entre elas, a principal

    responsvel por uma atividade ssmica significativa no territrio.

    Figura 10 Enquadramento do territrio de Portugal Continental no contacto das placas

    tectnicas Euro-Asitica e Africana (Fonte: Relatrio de sondagens GeoRumo)

    Ao longo do tempo, o territrio portugus tem sofrido, consequncias de sismos de

    magnitude moderada a forte, dos quais resultaram importantes danos em variadas

    localidades do pas, como comprovam diversos relatos histricos. A distribuio de

    ocorrncias ssmicas permite a realizao de um zonamento sob a forma de isossistas

    (curvas traadas num mapa, que delimitam, em redor de um epicentro, zonas onde se

    registaram intensidades ssmicas idnticas durante o mesmo sismo).

  • 3. Caso de estudo

    39

    Figura 11 Distribuio de isossistas de intensidade mxima de Portugal Continental (Fonte:

    Relatrio de sondagens GeoRumo)

    A sismicidade de Portugal Continental no uniforme em todo o seu territrio,

    aumentando de uma forma genrica, de Norte para Sul. Assim sendo, e considerando que a

    ao ssmica depende de fatores como o tipo de solo interessado, a zona ssmica e fonte

    sismognica, apresenta-se de seguida o zonamento ssmico de Portugal Continental (Zona

    ssmica A, B, C e D), bem como a classificao do tipo de terreno de fundao,

    considerados no Regulamento de Segurana e Aes para Estruturas de Edifcios e Pontes

    (RSA).

  • 3.Caso de Estudo

    40

    Figura 12 Zonamento Ssmico de Portugal Continental

    Tabela 8 Classificao do tipo de terreno de acordo com o Artigo 29 - RSA (Fonte: Relatrio

    das sondagens GeoRumo).

    Tipo de Terreno

    Tipo I Rochas e solos coerentes rijos.

    Tipo II Solos coerentes muito duros, duros e de

    consistncia mdia;Solos incoerentes compactos.

    Tipo III Solos coerentes moles e muito moles;

    Solos incoerentes soltos.

    Com base nos elementos supracitados, assim como na localizao da obra em

    estudo e no tipo de macio interessado, conseguiu-se constatar que o local da obra se

    encontra situado na zona de intensidade ssmica de grau 6, na zona ssmica D.

  • 4. Estudo paramtrico

    41

    4. Solicitaes verticais: Capacidade de carga de uma

    estaca

    4.1. Introduo

    No presente captulo ser feita uma breve introduo sobre a capacidade de carga

    de uma estaca e as frmulas representativas para o dimensionamento da mesma. Esta

    pequena introduo serve para se explicar as modelaes numricas feitas com a

    ferramenta utilizada para que se consiga perceber os efeitos que a aplicao de cargas tm

    na estaca e tambm as consequncias sofridas no solo.

    A base desta dissertao consiste na modelao de fundaes profundas executadas

    num solo caraterizado como mole, cujo desafio a escolha da fundao mais adequada

    para o solo em estudo.

    Para este estudo paramtrico, a ferramenta utilizada foi o programa de clculo

    automtico FB-MultiPier, que um programa de anlise de elementos finitos no-linear

    capaz de analisar mltiplas estruturas de estacas de pontes interligados por vos. Com a

    ajuda deste programa pde-se inserir os dados do solo, fornecidos pelas campanhas de

    prospeco geolgico-geotcnica, e modelar vrios tipos de cenrios com fundaes

    profundas variando as suas dimenses e cargas aplicadas. O objetivo principal foi estudar o

    comportamento das estacas e sugerir a melhor fundao para o tipo de solo que foi

    estudado.

    A principal funo das estacas transmitir cargas verticais a uma dada

    profundidade onde exista capacidade resistente suficiente para o nvel de carregamento em

    causa, (Sousa, 2006). Assim sendo, s se justifica a sua utilizao quando a camada

    resistente (bedrock) se situa a mais de 6/8 metros de profundidade. uma soluo muito

    verstil pois a sua resistncia dada tanto por atrito lateral como por ponta e isso permite

    que nem sempre se atinja o bedrock.

    A capacidade de carga de estacas isoladas solicitadas axialmente um assunto

    bastante complexo que at ao presente no encontra abordagens tcnicas suficientemente

    rigorosas para que exclusivamente com base nelas se possa definir o projeto definitivo de

    uma dada obra. Pelo contrrio, a experincia obriga a que se considere indispensvel, para

    a definio completa do projeto, realizar ensaios no prprio local onde se ir realizar a obra

  • 4. Estudo paramtrico