UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS

ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

CURSO DE GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL

CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES E VERIFICAÇÃO DE RECALQUES A PARTIR DE PARÂMETROS DO ENSAIO

PANDA 2 E DE OUTROS ENSAIOS IN SITU

ANTÔNIO CARLOS FERREIRA TONHÁ

GOIÂNIA

2016

ANTÔNIO CARLOS FERREIRA TONHÁ

CAPACIDADEDECARGADEFUNDAÇÕESEVERIFICAÇÃODERECALQUESAPARTIRDEPARÂMETROSDOENSAIOPANDA2EDEOUTROSENSAIOSIN

SITU

Trabalho apresentado na disciplina Trabalho de Conclusão de Curso II do Curso de Graduação em Engenharia Civil da Universidade Federal de Goiás.

Orientador: Prof. Dr. Renato Resende Angelim

GOIÂNIA-GO

2016

CAPACIDADEDECARGADEFUNDAÇÕESEVERIFICAÇÃODERECALQUESAPARTIRDEPARÂMETROSDOENSAIOPANDA2EDEOUTROSENSAIOS

INSITU

LOADCAPACITYOFFOUNDATIONSANDSETTLEMENTSVERIFICATIONFROMPARAMETERSOFPANDA2TESTANDOTHERSINSITUTESTS

Tonhá,AntônioCarlosFerreira1;Angelim,RenatoResende2

1GraduandoemengenhariacivilpelaUniversidadeFederaldeGoiás,antoniocftonha@gmail.com(06298239-7957); 2Dr.emGeotecniapelaUnB,professorEscoladeEngenhariaCivileAmbiental/UFG;tecnoeng@gmail.com(06298406-5613).

RESUMO:Opresentetrabalhotemcomoobjetivocompararacapacidadedecargadefundaçõesrasas,tiposapata,queatuamporcompressãodosolousandoosvaloresderesistênciaàpenetraçãodinâmicadoensaioPANDA2emsolotropicalcompactado,emsubtituiçãoaosparâmetrosdosensaiosCPTeSPT,que implementamosmétodosdedimensionamento tradicionais, bem como fundações profundas, tipo estaca, que atuam por atrito lateral ecompressão de ponta. Além disso, o trabalho abrange também a análise do recalque em cada uma das situaçõespropostas. A comparação foi feita a partir do cálculo da capacidade de carga de sapatas e estacas de dimensõespredefinidaspormeiodemétodosteóricosesemi-empíricos.OsresultadosparausodoPANDA2foramsatisfatórios,apresentandopoucavariabilidadequandocomparadoaousodoSPTeCPTparadimensionamentodefundaçõesnosolo estudado. Quanto aos recalques, como esperado, o recalque para a estaca foi relativamente menor que orecalqueparaasapata.PalavrasChave:ensaioPANDA,aterrocompactado,capacidadedecarga,recalque,fundações. ABSTRACT: This study aims to compare the load capacity of shallow foundations, spread footing, acting bycompressionusingdynamicpenetration resistancevaluesofPANDA2 test in tropical compactedsoil, replacing theparameters of CPT and SPT that implement the traditional methods of capacity of design load, as well as deepfoundations (pile) which work by lateral friction and tip compression. Furthermore, this work includes also thesettlementsanalysisineachofthesituationsproposed.Thecomparisonoftheloadcapacityoffootingandpilewithpredefineddimensionswasmadethroughtheoreticalandsemi-empiricalmethods.TheresultsofPANDA2useweresatisfactory,withlittlevariabilitywhencomparedtoSPTandCPTuseforfoundationsdesigninthestudiedsoil.Withregardtosettlements,asexpected,thesettlementforpilewasrelativelylowerthanthesettlementsonfooting.

1 INTRODUÇÃO

Ostiposdefundaçõesexistentesvariamdesdeestruturasrasasesuperficiais,comoporexemploassapatas, até fundações profundas, como as estacas, que podem atingir camadas do solo de maior

capacidade de carga. Os requisitos básicos para o dimensionamento de fundações são: deformaçõesaceitáveis sob as condições de trabalho, segurança quanto ao colapso do solo (estabilidade externa) esegurançaquantoaocolapsodoselementosestruturais(estabilidadeinterna)(VELLOSOeLOPES,2010).

Sobaóticadasegurançaquantoaocolapsodosolo,ofatordeterminanteéatensãoinduzidanosolo a partir da carga incidente na fundação. A definição da fundação a ser usada, bem como o seudimensionamento são condicionados a fatores como análise econômica, geotecnia local (tipo de solo,

capacidadedecargadosolo,deformabilidade),tipodeobra,característicasdocarregamentoincidentenafundação,viabilidadeexecutiva,edificaçõesvizinhas,oquefazcomqueseja indispensávela investigaçãogeotécnicadosoloparacorretaanálisedascondiçõesgeraisdaobraparaadefiniçãodotipodefundação

adequadoeseudimensionamento(CINTRA,AOKIeALBIERO,2011).Alguns ensaios que colaboram para os cálculos são os ensaios de laboratório para definição de

parâmetros de resistência do solo (coesão e ângulo de atrito por exemplo). Os cálculos a partir destes

parâmetros configuram os métodos teóricos: teorias de dimensionamento de Terzaghi para fundações

rasasedeMeyerhofparafundaçõesprofundas.EnsaiosdecampocomooSPT(StandardPenetrationTest)

de penetração dinâmica e o CPT (Cone Penetration Test) de penetração estática, amparam outrametodologia de cálculo, chamada de métodos empíricos. Essa metodologia consiste na estimativa daresistênciaàcompressãodosoloapartirdecorrelaçõesentreosvaloresdestesensaiosdecampocoma

resistênciadosolo.O ensaio mais difundido no Brasil para o dimensionamento de fundações é o SPT, apesar das

incertezas que o processo executivo deste ensaio produz no que se refere à interferência do operador

(anotaçãodosgolpesevariaçãodaenergiaaplicada)edoequipamento(tipodematerialutilizado,usodoamostradorparaescavação,entreoutros)noresultadodoensaio,enafaltadepadronizaçãodoprocesso,mesmo havendo a norma regulamentadora do SPT no Brasil, a NBR-6484 (SCHNAID, 2000). Entretanto,

cabe salientar que ainda existem muitas obras de engenharia sendo feitas no país sem investigaçõesgeotécnicas,principalmentenoquedizrespeitoàsobrasdepequenoporte.

Nosentidodeaumentarolequedeensaiosdisponíveisparaainvestigaçãodosolo,edeapresentar

umaopçãoquepudessebaratearosserviçosefacilitaroacessoainformaçõesdosolo,conferindomaiorautonomia ao processo de sondagem é que se selecionou o ensaio com o equipamento PANDA 2,desenvolvidoapartirdoaperfeiçoamentodoPANDA,criadoem2000,naFrança(SOLSOLUTION,2009).

OPANDA2apresentavantagenscomo,porexemploleveza,portabilidadeefacilidadedeexecução,além de fornecer as características do perfil do solo quanto à resistência à penetração em avançosinferiores a 20mm por golpe. Entretanto, para que ele possa ser utilizado para fins de sondagem para

projeto de fundações, é importante que esse ensaio, tenha seus resultados correlacionados com osresultadosdeensaiosjáconsagrados,comooSPTeoCPT,dandoassimmaiorsegurançaaoprojetistanousodeseusresultados.

PesquisasrealizadasnaUFGcomoasdeFerreira,QuirinoeSoares (2013)eAzevedoeRodrigues(2014) comparando o SPT e o ensaio PANDA2 em solos tropicaismostraram viabilidade de seu uso emsondagensparafundações.

Paraestetrabalhoforamutilizadososresultadosdeensaiosematerrodesolotropicalcompactadodebarragem.Apesardequeparaamaioriadoscasospráticosdefundaçãooestudoérealizadoemsolonatural,acredita-sequeaescolhadoaterrodesolocompactadotrouxecomovantagemofatodetersido

construídocomrigorosocontroledequalidade,queotornourelativamentehomogêneo,emsetratandode solos, em relação ao solo natural, aliando-se ao fato de que esse solo já foi bastante estudadoanteriormenteporAngelim(2011).

2 OBJETIVOS

Oobjetivodeste trabalhoé calcular a capacidadede cargadeuma sapataedeumaestaca comdimensõespredefinidas, utilizandométodos teóricoseempíricos/semi-empíricospormeiode resultadosdeensaiosSPTePANDA2,bemcomoaprevisãoderecalquesparacadaumadassituaçõesestudadas.

3 REVISÃOBIBLIOGRÁFICA

Esseitemabordaateoriaaserutilizadanesseestudoefundamentalparaseubomentendimento.

3.1 RELAÇÃOENTRESPTECPT

VellosoeLopes(2010),informamqueentreosprincipaisprocessosdeinvestigaçãodosubsoloparafinsdeprojetodefundaçõesdeestruturaencontram-seassondagensapercussão(SPT)eoensaiodecone(CPT).

VellosoeLopes(2010)correlacionamaresistênciaàpenetraçãodocone(qc)doensaioCPTcoma

resistênciaàpenetração(NSPT)doensaioSPTatravésdaEquação1.Osvaloresde“k”estãodispostosnaTabela1,ondeestãoapresentadostambémosvaloresparaocoeficienteα,denominadorazãodeatrito.Esteparâmetrorelacionaoatrito lateraldocone(fs)comatensãodeponta(qc)determinadosnoensaio

CPTevariamdeacordocomotipodesoloatravessadopelocone.CabesalientarqueovalordeNSPTdaEquação1,consideraumaeficiênciadeenergiadoensaioSPTdentrodamédiabrasileira,emtornode72%.

qc=kNSPT Eq.[1]Emque: qc=resistênciaàpenetraçãodocone(MPa);k=coeficientedecorrelaçãoentreNSPTeqc;NSPT=númerodegolpesdoensaioSPT.

Tabela1.ValoresdecoeficientekparaqcemMPa,evaloresdarazãodeatritoαparadimensionamentodeestacasviamétodoAoki-Velloso.

Solo k α(%)Areia 1,00 1,4

Areia siltosa 0,80 2,0 Areia siltoargilosa 0,70 2,4

Areia argilosa 0,60 3,0 Areia argilossiltosa 0,50 2,8

Silte 0,40 3,0 Silte arenoso 0,55 2,2

Silte arenoargiloso 0,45 2,8 Silte argiloso 0,23 3,4

Silte argiloarenoso 0,25 3,0 Argila 0,20 6,0

Argila arenosa 0,35 2,4 Argila arenossiltosa 0,30 2,8

Argila siltosa 0,22 4,0 Argila siltoarenosa 0,33 3,0

FONTE:AokieVelloso(1975).

3.2 ENSAIOPANDA2

O PANDA (Pénétromètre Autonome Numérique Dynamique Assisté par Ordinateur), é umequipamentodesondagemapartirdepenetraçãodinâmicadocone,desenvolvidopelaempresafrancesaSol Solution, coma finalidadede ser umequipamento leve eportátil, para investigações geotécnicas de

menoresproporções,evitandoagrandemobilizaçãogeradapelasdemaisinvestigaçõesgeotécnicas,alémdisso,podeserusadonocontroledecompactaçãodesolos(SOLSOLUTION,2009).

OPANDA2,suaversãomaisrecente,estáapresentadanaFigura1etrata-sedeumpenetrômetro

deconequefuncionacomenergiavariável,queécalculadainstantaneamentenomomentodogolpeporumacéluladecarganocapacete.Osdeslocamentosdecravaçãosãoprecisamenteregistradoseutilizadosparaocálculodoseuparâmetroderesistênciadinâmicaàpenetraçãodocone(qd),minimizandoassima

interferênciadooperadoredopróprioequipamentonosresultadosdoensaio.Omecanismo demedição da resistência de ponta “qd” consiste em usar ummartelo demassa

conhecidaparagolpearumcapacetedemetalqueficasobrehastesdemetalcomumapontadeconeno

solo, que ao receber o impacto, penetra no solo. A velocidade de queda domartelo émedida logo emseguidaaoimpactodestecomocapacete.Estecapacetepossuiumsistemadecontroledealtura,quefazcom que seja feito o controle da profundidade de penetração das hastes. Os dados de energia e de

profundidadedecravaçãosãoarmazenadosemumpequenosistemadeaquisiçãodedados,quecalculao

valorderesistênciadinâmica.Ocálculoéfunçãodaáreadeponta(2,4ou10cm²)edonúmerodehastes,

demassasconhecidas,utilizadas.

FIGURA1:EquipamentoPANDA2:a)Equipamentocompleto;b)Ampliaçãodacabeçadebater;c)Terminalde

comunicação(esquerda)eCentraldeaquisição(direita).FONTE:SolSolution(2009).

A Equação 2mostra a formula para se calcular o valor da resistência de ponta emPa (CRUZ JR,

2014):

€

qd = 1A

12MV

(1+ P M) 1e Eq.[2]

Emque:A=áreadapontadecone(m²);M=massadomartelo(kg);

V=velocidadedoimpacto(m/s);P=massadashasteseponta(kg);e=penetraçãodaponta(m).

Ferreira,QuirinoeSoares(2013),trataramosdadosdosensaiosPANDA2eSPTdeAngelim(2011)

realizadosnoaterrodesoloargilosodabarragemdeterra,compactadocomteordeumidadeentre15%e

20%, e verificaram que para profundidades de até 5,0metros os resultados dos ensaios PANDA 2 componteirade4cm2,eosdosensaiosSPTpuderamsersatisfatoriamentecorrelacionados(comcoeficientedevariaçãoigual7,62%)pelaEquação3apresentada:

Eq.[3]

Emque:

qd=resistênciadepontadoPANDA2;NSPT=númerodegolpesdoensaioSPT.

3.3 DETERMINAÇÃODACAPACIDADEDECARGADASFUNDAÇÕES

VellosoeLopes(2010)definemcapacidadedecargadeumafundaçãocomosendoacargacoma

qualosolosobessafundaçãoserompe.AABNT(2010)normalizaoprojetoeaexecuçãodefundaçõesnoBrasil atravésdanormaNBR6122–Projeto e execuçãode fundações, e sedividebasicamenteemdoisgrandesgrupos:asfundaçõesrasaseasfundaçõesprofundas.

3.3.1 Fundaçõesrasas

Segundo Teixeira e Godoy (1998), o dimensionamento de fundações diretas se dá através da

estimativapréviadatensãoadmissíveldosolo,econsequentedimensionamentodaáreanecessáriaparaquesejadistribuídaacargageradapelopilarnafundação,conformeaEquação4:

Eq.[4]

Emque:

A=Áreanecessária(m²);P=Solicitaçãodeprojeto(kN);σa=Tensãoadmissíveldosolo(kN/m²);

BeL=Larguraecomprimentodasapataretangular(m);

Destemodo, se torna imprescindívelquese saibaa tensãoadmissíveldo solo,queécalculadaa

partir de diversas fórmulas emodelos que variamde acordo como parâmetro geotécnico determinadopela investigação geotécnica realizada.Osmétodos podem ser baseados em ensaios de laboratório quefornecemoângulodeatrito,pesoespecíficoecoesãodosoloemestudooubaseadosemensaios insitu

como CPT e SPT. Ressalta-se ainda, que segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), a tensão admissível dafundação(qad)secaracterizapelatensãoúltimadafundação(ruptura)quedeveserreduzidaporumfatordesegurança(F.S.)devalor3paraasfundaçõessuperficiais.

O Método de Terzaghi (1943)1, propõe a Equação 5 (em kPa), deduzida para sapata quadrada,

desprezando a resistência ao cisalhamento do solo acima do nível da base, substituindo-o por umasobrecarga(ϒD)econsiderandosolohomogêneo.

Eq.[5]

Emque:B=basedafundação(m);

c=coesãodosoloemkPa;ϒ=pesoespecíficodosoloemkPa;D=camadadesoloacimadoníveldabasedasapata(m);

Nc,NqeNϒ=fatoresdecapacidadedecargafornecidosapartirdegráfico(clássicodaTeoriadeTerzaghi)emfunçãodoângulodeatritodosolo.

Dentrodosmétodosempíricos,TeixeiraeGodoy(1998)eCintra,AokieAlbiero(2011) indicamocálculo da tensão admissível para sapatas por meio da Equação 6, utilizando o valor de NSPT, e pelasEquações7e8,utilizandovaloresdeqc≥1,5MPadoensaioCPT,comtensãoadmissívelexpressaemMPa.

1 TERZAGHI,K.Theoreticalsoilmechanics.NewYork:JohnWiley&Sons,1943.

O valor de NSPT e qc nas equações tratam-se do valor médio ao longo do bulbo de tensões,

considerado1,5vezesovalordamenorlarguradasapata(B).

• Válidaparaqualquersolonaturalnointervalode4≤NSPT≤20.

Eq.[6]

• Areias:

Eq.[7]

• Argilas:

Eq.[8]

3.3.2 Fundaçõesprofundas

CintraeAoki(2010)explicamqueacapacidadedecargadeumaestacaédefinidacomoasomadas

tensõesresistentesporadesãoouatritolateralemtodaaáreadofustedaestacacomatensãoresistentenormal à base ou ponta da estaca. Assim, os valores de resistência lateral são representados

costumeiramenteporRLemkN(ourLemkPa)eosvaloresdaresistênciadepontasãorepresentadosporRPemkN(ourPemkPa).

Eq.[9]

Eq.[10]

Eq.[11]

Emque:AP=áreadapontadaestaca(m²);

AL=árealateraldaestaca(m²).

ANBR-6122(ABNT,2010)normalizaofatordesegurança(F.S.)comvalorde2paradeterminação

dacargaadmissível(qad)defundaçõesprofundas.Dentre os métodos semi-empíricos para dimensionamento de estacas, se destacam alguns

métodos brasileiros, como por exemplo o método de Décourt-Quaresma (1978) e o de Aoki-Velloso

(1975)2.

OmétododeAoki-Velloso correlacionaa tensãode rupturadeponta (qP) e a tensãode rupturalateral(qL)apartirdoCPT,utilizandofatoresdecorreçãoF1eF2,respectivamente,quelevamemcontaoefeitoescala,ouseja,adiferençadecomportamentoentreaestaca(protótipo)eoconedoCPT(modelo)e

tambéma influênciadométodoexecutivodecada tipodeestaca.Paraocasodeestacahélice-contínuadesteestudo, serãoutilizadosF1=2eF2=2F1,valoresessesatualizadosporCintraeAoki (2010).Alémdisso,aEquação13fazusodarazãodeatrito(α),jáapresentadanaTabela1.Assimasfórmulasexpressas

emMPaficam:

2 AOKI,N.;VELLOSO,D.A.AnApproximatemethodtoestimatethebearingcapacityofpiles.In:PANAMERICANCONFERENCEONSOILMECHANICSANDFOUNDATIONSENGENEERING,5.,1975,BuenosAires.

Eq.[12]

Eq.[13]

NométododeDécourt-Quaresma,queutiliza-secomoresistênciadeponta,emkPa,aequação:

Eq.[14]

OndeN’ é amédia dos valores de NSPT imediatamente anterior a ponta da estaca, na ponta da

estaca e o imediatamente posterior. O valor da tensão de proporcionalidade (C) está apresentado naTabela2.

Tabela2:Valoresde“C”deDécourteQuaresma(1978)

Tipodesolo C(kPa)

Argilas 120

Siltesargilosos(alteraçãoderocha) 200

Siltesarenosos(alteraçãoderocha) 250

Areias 400

Aresistêncialateral,emkPa,écalculadaatravésdafórmula:

Eq.[15]

OndeNbarraéamédiadosvaloresdeNSPTaolongodofustedaestaca,desconsiderandoosvalores

usadosnocálculodaresistênciadeponta.Valoresmenoresque3sãoassumidoscomo3evaloresacima

de50devemserassumidoscomo50(VELLOSOeLOPES,2010).Ométodo teórico, conhecido comométodo deMeyerhof (1951)3 apresenta uma teoria clássica

paraocálculodacapacidadedecargadeestacaemsolohomogêneo.Estedimensionamentoconsistenoscálculosdasresistênciasdepontaelateral,emkPa,apartirdasEquações16e17:

Eq.[16]

Eq.[17]

Emque:c=coesãodosolo(kPa);a=2/3cparaestacassemdeslocamento;

q=ϒnatz(kN/m3);

KS=K0=coeficientedeempuxonorepousodosolo,quandonãodisponível,sugere-seousode(1-senφ)paraareiasesiltese(0,95-senφ)paraargilasnormalmenteadensadas;

3 MEYERHOF,G.G.Theultimatebearingcapacityoffoundations,Geotechnique,v.2,n.4,1951.

tanδ=tan(2φ/3);

Nc eNq = fatores de carga obtidos a partir de gráfico (clássicos da Teoria deMeyerhof) em função doângulodeatrito;

3.4 DETERMINAÇÃODERECALQUES

Aosercarregadoetransferiroscarregamentosparaosolo,oelementodefundaçãosofrerecalque.

Essefenômenoseprocessabasicamenteemduaspartes:umrecalqueimediatoeoutrocomopassardotempo(VellosoeLopes,2010).

Os recalques que ocorrem com o passar do tempo são os recalques devidos aos fenômenos de

adensamento (saída da água dos poros do solo e a redução do índice de vazios) e fenômenos viscosos(fluência),conhecidocomorecalquesecundário(VellosoeLopes,2010).

DeacordocomCintra(2011)osrecalquesimediatospodemsercalculadospormeiodaTeoriada

Elasticidade.Apesardeossolosnãoseremmateriaiselásticoseconsequentemente,esses recalquesnãoseremcompletamentereversíveiscomodescarregamento,érazoáveladmissãodocomportamentolinearda curva de carga x recalque até níveis de tensão suficientemente distantes da ruptura. Neste trabalho

serãotratadosapenasosrecalquesimediatos.Para fundaçõesde compressão,Vellosoe Lopes (2010)apresentaométodopor camadasparao

cálculoderecalques.Essemétodoconsisteemdividiroterrenoemsubcamadasemfunçãodomaterialou

davariaçãodoestadodetensões(espraiamento).Depoisdedividirosubsolo,écalculadaoacréscimodetensãoΔσnopontomédiodecadasubcamada.Apartirda relaçãoentreoacréscimodetensãodecadasubcamada,omódulodeelasticidadedosoloeaespessuradasubcamadaécalculadoorecalquereferente

à camada, conforme a Equação 18. O recalque total será a soma dos recalques de todas as camadas,conformeaEquação19.

Eq.[18]

Emque:Δρ=Recalquenopontomédiodasubcamada;Δσ=Acréscimodetensõesnopontomédiodasubcamada;

ES=MódulodeelasticidadedosoloΔh=Espessuradasubcamada.

Eq.[19]

OcálculodoacréscimodetensõesnopontomédiodacamadapodeserfeitoapartirdométododesenvolvidoporFadum,queconsistenadeterminaçãodeumfator“I”,dependentedefatoresmenpara

ocentrodasapata,conformeEquação20.

Eq.[20]

Emque:Δσ=Acréscimodetensõesnopontomédiodasubcamada;

I=FatordeInfluência;q0=cargasobreopontodeanálise(ϒnatxΔh);m = n = 0,5B dividido pela profundidade da base ao ponto médio da subcamada (para as sapatas

quadradas).

Já a metodologia de cálculo de recalque para um único elementos de fundação por estacas

desenvolvidaporPouloseDavis(1974),sebaseianaEquação21:

Eq.[21]

Emque:ρ=Recalqueimediatodaestaca;P=Cargaatuantenaestaca;

I0=Fatordeinfluência;RK=Fatordecorreçãoparacompressibilidadedaestaca;RH=Fatordecorreçãoparacamadadeprofundidadefinitadosoloatéabaserígida;

Rν=FatordecorreçãoparacoeficientedePoissondosolo;Es=Módulodeelasticidadedosolo;D=Diâmetrodaestaca.

4 METODOLOGIA

OprimeiropassoparaseestabelecerumacomparaçãofoicoletarosdadosdosensaiosrealizadosnaombreiraesquerdadabarragemdoRibeirãoJoãoLeite.Nestecaso,osensaiosSPT1e2foramfeitosdeformacontínua,ouseja,comavançodofuroem10cmeumanovadeterminaçãodeNSPT,enquantoqueoSPT3foirealizadodaformaconvencional,ouseja,umaúnicadeterminaçãodeNSPTpormetro,conformeaNBR-6484(ABNT,2001). OPANDA2foirealizadoaoladodecadaumdosfurosdeSPT.AoladodofuroSPT1foramfeitastrêssondagensPANDA2,denominadasP1A,P1BeP1C,aoladodeSPT2outrastrêsdenominadasP2A,P2BeP2CeaoladodofuroSPT3apenasduas,denominadasP3AeP3C. OsensaiosPANDA2geraramumagrandequantidadederesultadosderesistênciaàpenetração(qd)aolongodaprofundidadecomaaquisiçãoautomáticaemilimétrica. Foi necessário fazer um tratamento desses dados, de forma a selecionar apenas os dados deresistência(qd30)dosintervalosde30cm,referentesao2últimos15cmdadeterminaçãodeNSPT,paraquea comparaçãodos doismétodos fosse válida. Esse tratamento apresentou amédia dos valores (qd30) nacotade15cmacimae15cmabaixodasprofundidadesapresentadanasTabela3a5. DevidoasemelhançaentreosresultadosdosensaiosPanda2realizadosemtornodomesmofuroSPTepara facilitara comparação foi feitaamédiadosdadosobtidosentreeles, comoapresentadonasTabelasde3a5. AEquação1foiutilizadaparatransformaroNSPTemresistênciaapenetraçãodecone(qc)doensaioCPT.Parausodessaequação,utilizou-seovalordekiguala0,20,apresentadonaTabela1,deacordocomotipodesolo(argila)determinadopelaclassificaçãogranulométricaapresentadanaTabela6. NaTabela6estãoapresentados tambémdiversosparâmetrosdosolo.CabesalientarqueAngelim(2011) realizou ensaios triaxiais CDnat (CV = 30,3%) e CDsat (CV = 30,8%), além de ensaio triaxial K0 e osvaloresapresentadossãoamédiade8ensaiosdecadatipo,sendoumparacadametrodoperfil.

TABELA3:ResultadosensaiosinsituemtornodeSPT1.Prof.(m)

SPT1contínuoNSPT

(Golpes)

qcpeloNSPTviaEq.1(MPa)

Panda-P1qd30(MPa)

0,80 9 3,15 2,361,37 9 3,15 2,101,90 10 3,50 2,452,46 8 2,80 2,203,01 10 3,50 2,173,56 11 3,85 2,86

TABELA3:ResultadosensaiosinsituemtornodeSPT1.Prof.(m)

SPT1contínuoNSPT

(Golpes)

qcpeloNSPTviaEq.1(MPa)

Panda-P1qd30(MPa)

4,10 13 4,55 3,024,66 11 3,85 2,735,20 12 4,20 3,325,75 11 3,85 3,186,30 12 4,20 3,366,90 10 3,50 3,327,40 13 4,55 3,727,95 13 4,55 3,53

TABELA4:ResultadosensaiosinsituemtornodeSPT2.

Prof.(m)

SPT2contínuoNSPT

(Golpes)

qcpeloNSPTviaEq.1(MPa)

Panda–P2qd30(MPa)

0,86 8 2,80 2,761,40 8 2,80 2,351,96 8 2,80 2,782,56 10 3,50 2,393,10 10 3,50 2,843,66 9 3,15 2,594,21 12 4,20 3,024,75 10 3,50 2,675,30 10 3,50 2,955,85 12 4,20 2,996,39 10 3,50 2,996,85 11 3,85 3,147,40 12 4,20 3,767,96 10 3,50 3,74

TABELA5:ResultadosensaiosinsituemtornodeSPT3.

Prof.(m)

SPT3convencionalNSPT

(Golpes)

qcpeloNSPTviaEq.1(MPa)

Panda–P3qd30(MPa)

1,30 8 2,80 2,402,30 10 3,50 2,153,30 12 4,20 3,164,30 11 3,85 3,095,30 11 3,85 2,806,30 11 3,85 3,917,30 13 4,55 3,698,30 13 4,55 2,17

TABELA6:Valoresdosparâmetrosdosoloemestudoapartirdeensaiosdelaboratório.

Parâmetro ValorPesoespecíficonaturalmédio–ϒnat(kN/m³) 19Pesoespecíficosecomédio–ϒd(kN/m³) 16IntervalodeUmidadedoperfil-winsitu(%) 19,1–22,2IntervalodeSaturaçãodoperfil–Sinsitu(%) 70,5–93,9CoeficientedeEmpuxoemRepouso-K0 0,48

CoeficientedePoisson(ν) 0,33CoesãoviaCDnat–c’(kPa) 107CoesãoviaCDsat–c’(kPa) 50ÂngulodeatritoviaCDnat(°) 30

TABELA6:Valoresdosparâmetrosdosoloemestudoapartirdeensaiosdelaboratório.Parâmetro Valor

ÂngulodeatritoviaCDsat(°) 32,5ClassificaçãoGranulométrica(comdefloculante) Argilaarenosa(2fraçõespreponderantes)ClassificaçãoGranulométrica(semdefloculante) Areiasiltosa(2fraçõespreponderantes)ClassificaçãoUnificada–SUCS(comdefloculante) CL(Argiladebaixaplasticidade)ClassificaçãoUnificada–SUCS(semdefloculante) SM(Areiasiltosa)

ClassificaçãoRodoviária-TRB A7-6(IG=11)(Soloargiloso) FONTE:AdaptadodeAngelim(2011).

Depossedosdadosdosensaios, foiestabelecidoqueseriadeterminadaacapacidadedecargadeuma sapata e uma estaca de dimensões pré-definidas por meio de variadas metodologias de cálculo,apresentadasaseguir:• Sapata,pelométodoteóricodeTerzaghieempíricosbaseadosnoSPTeCPT,substituindo“qc”doCPT

por“qd”doensaioPanda2;• Estaca,pelosmétodosteóricodeMeyerhofesemi-empíricosdeDécourt-QuaresmaedeAoki-Velloso,

sendoquenesteúltimosubstituiu-se“qc”doCPTpor“qd”doensaioPanda2,alémdaconversãodeNSPTemqc,comotambémpropõeométodo.

Foidefinidaentãoageometriadeumasapataquadradacom2metrosdeladoebaseassentea1mdeprofundidadeedeumaestacatipohélicecontínuaaté6mdeprofundidade,desprezandoparafinsdecapacidadedecargaoprimeirometropróximoasuperfície,ecom50cmdediâmetro. Usando as fórmulas apresentadas no item 2.3 calculou-se as cargas admissíveis de projeto que asapataeaestacasuportariamdeacordocomcadaumdosmétodospropostosanteriormente.EssascargasestãoapresentadasnaTabela7e8. Usandoovalordaresistênciaàpenetraçãodinâmicadocone“qd”(doPanda2)comoaresistênciaapenetração estática “qc” nos métodos que utilizam CPT, pôde-se aplicar os dados do PANDA 2 nasformulaçõesparaosmétodosqueutilizamosdadosdeCPT,complementandoaTabela7eaTabela8. Apósrealizaroscálculosdecapacidadedecargadecadaelementodefundaçãoapartirdosmétodospropostos,foideterminadaaprevisãoderecalqueteóricoparacadasituação.Paraasapatafoiutilizadoametodologiadecamadas(Eq.18eEq.19),calculandooacréscimodetensõesapartirdoFadum(Eq.20).OsrecalquesdasestacasforamcalculadosdeacordocomométododePouloseDavisapresentadopelaEq.21. Paracadacargaadmissívelfoideterminadaaprevisãodorecalquecorrespondente.FoiutilizadoparaovalordomódulodeelasticidadedosoloosresultadosobtidosinsitucomoPressiômetroMénard.Foramrealizados por Angelim (2011) três furos de sondagem, e em cada furo foram realizados 8 ensaiospressiométricos, um a cada metro de profundidade do perfil. No furo 1 obteve-se uma média para omódulo Menard (EM), o valor de 14MPa, com coeficiente de variação (CV) = 26,6%, para o furo2EM=18MPaeCV=10,5%eparaofuro3,EM=14MPaeCV=18%.Angelim(2011)sugeriuparaomaciçocomoovalormédiodeEM=15MPacomCVgeralde21,2%. Naverificaçãodosrecalques,foiconsideradoparaoelementodefundaçãoemestaca,concretodefck=20MPaemódulodeelasticidade(EP)estimadode28,85GPa,bemcomo45mparaaprofundidadedacamadadesoloatéarochasã(H).AsTabelas7e8apresentamascargasadmissíveisdeprojetoetambémosrecalquesdoselementosdefundaçãodeacordocomométodo.

TABELA7:CargaadmissívelerecalquedasapatapelasmetodologiasMétodo Cargaadmissível(kN) Recalque(mm)

TeóricodeTerzaghi(c’=107kPaeφ’=30°) 7817 250TeóricodeTerzaghi(c’=50kPaeφ’=32,5°) 5358 172

Empírico-SPT1contínuo(Eq.6) 813 26Empírico-SPT2contínuo(Eq.6) 760 24

Empírico-SPT3convencional(Eq.6) 820 26Empírico-CPT1(Eq.1e8) 813 46

TABELA7:CargaadmissívelerecalquedasapatapelasmetodologiasMétodo Cargaadmissível(kN) Recalque(mm)

Empírico-CPT2(Eq.1e8) 760 43Empírico-CPT3(Eq.1e8) 820 46

Empírico-Panda2(P1)(Eq.8) 986 32Empírico-Panda2(P2)(Eq.8) 1064 34Empírico-Panda2(P3)(Eq.8) 1080 34

TABELA8:Cargaadmissívelerecalquedaestacapelasmetodologias

Método Cargaadmissível(kN) Recalque(mm)TeóricoMeyerhof(c’=107kPaeφ’=30°) 4834 79TeóricoMeyerhof(c’=50kPaeφ’=32,5°) 3335 55Semi-emp.-Décourt-QuaresmaSPT1 613 10Semi-emp.-Décourt-QuaresmaSPT2 590 10Semi-emp.-Décourt-QuaresmaSPT3 622 10

Semi-emp.–Aoki-VellosoSPT1 290 5Semi-emp.–Aoki-VellosoSPT2 315 5Semi-emp.–Aoki-VellosoSPT3 314 5

Semi-emp.-Aoki-Vell.Panda2(P1) 456 7Semi-emp.-Aoki-Vell.Panda2(P2) 422 7Semi-emp.-Aoki-Vell.Panda2(P3) 512 8

Para melhor analisar os resultados, nas Tabelas 9 e 10 é mostrada as médias de cada um dos

métodos.

TABELA9:CargasmédiasadmissíveiserecalquemédionasapataMétodo Cargamédiaadmissível(kN) Recalquemédio(mm)

SPT(viaNSPTpelaEq.6) 798 26CPT(viaNSPTpelaEq.1e8) 798 26Panda2(viaqd30pelaEq.8) 1044 33

TABELA10:Cargasmédiasadmissíveiserecalquemédionaestaca

Método Cargamédiaadmissível(kN) Recalquemédio(mm)Decourt-Quaresma(viaNSPT) 608 10

Aoki-Velloso(viaNSPTpelasEq.1,12e13) 306 5Aoki-Velloso(viaqd30) 463 8

4 ANÁLISEEDISCUSSÃODOSRESULTADOS

OsresultadosdeSPTscontínuos(comavançode10cmdofuroentreensaios) foramconsideradosparaocálculodascapacidadesdecarga,devidoasemelhançacomoSPTconvencional(realizadodemetroemmetro),conformeNBR-6484(ABNT,2001). Analisando os resultados da capacidade de carga obtidos pelos métodos teóricos (Terzaghi eMeyerhof) considerando os parâmetros de resistência c’ eφ’ do solo nas condições natural e saturado,percebeu-seumagrandevariaçãonosvaloresdacapacidadedecarga,demonstrandoagrandeinfluênciaeimportânciadosvaloresdosparâmetrosadotadosparao solonocálculo,principalmenteodacoesão.Ousodovalordacoesãoconsiderandoosolosaturadoresultouemmenoresvaloresdecapacidadedecarga,porémmaiscondizentepoisnãoé influenciadopelacolaboraçãodatensãodesucçãonafasederupturadurantearealizaçãodoensaiotriaxialnãosaturado(condiçãonaturaldosolo). Naanálisedosresultadosdosmétodosteóricosemrelaçãoaosmétodosempíricosesemi-empíricos,percebeu-seumagrandediscrepânciatantoparaafundaçãoemsapatacomoparaafundaçãoemestaca.Acarga admissível pelo método teórico de Terzaghi (5.358kN) ficou 671,4% superior da carga médiaadmissíveldasapatapelométodoempíricoviaSPT(798kN)consideradocomoreferêncianestetrabalhopelousoconsagradonopaís.JáparaacargaadmissívelpelométodoteóricodeMeyerhof(3.335kN)ficou548,5%superiordacargamédiaadmissíveldaestacapelométodosemi-empíricodeDecourt-Quaresma,

via SPT (608kN) considerado também como referência neste trabalho pelo uso consagrado pelo meiotécnico. SegundoCintraeAoki(2010)nocasodefundaçõesrasasébastanterazoávelomodeloderupturageraldeTerzaghi, entretantoautilizaçãode fórmulas teóricasparao cálculoda capacidadede cargadeelementosdefundaçãoporestacaapresentagrandediscrepânciaentreasdiversasproposiçõesexistentes,oquelevaodescréditodousodosmétodosteóricosemprojetossendopreteridosemproldosmétodossemi-empíricos. Analisando os resultados da carga média admissível da sapata para os três métodos empíricos,percebe-sequeaoutilizar “k”de0,20 (argila),naconversãodeNSPTemqc ,propostoporAokieVelloso(1975)ométodoqueusouformulaçãoparaCPT,coincidentementeobteveomesmovalor(798kN)queométodo que usou formulação direta para SPT. Já usando a formulação para CPT e entrando com oparâmetroqd30doensaioPANDA2nolugardeqc,obteve-sevalorde1044kNparaacapacidadedecarga,cercade31%superioràapresentadapelosoutrosdoismétodos.Percebeu-sequeovalorde“k”,adotadosegundootipodesolo,influenciamuitonovalordaformulaçãodoCPTparaentradacomdadosdoSPT. Paraaestaca,avariaçãodosvaloresdacargaadmissívelentreosmétodosfoimaior.OmétododeDécourt-Quaresma,queutilizaoNSPTnocálculodacargaadmissívele reconhecidamenteométodomaisconsagrado na região para cálculo de elemento de fundação por estaca foi o que apresentou maiorcapacidadede carga (608 kN), ficando superior ao valordeterminadopelométodoAoki-Velloso viaNSPT,convertidoparaqc,em98,7%eaodeterminadopelométodoAoki-Vellosoviaqd30,utilizadonolugardeqcna formulação,em31,3%.Constatou-sequeutilizandovaloresdeqd30doensaioPANDA2aproximou-semaisdovalorobtidopelametodologiadeDécourt-Quaresma.Observa-senovamenteagrande influênciadovalorde“k”dométododeAokieVelloso. Dentrodessadiscussãosobreosparâmetrosk,α,F1eF2,outrosautorescomoLaprovitera(1998),Benegas (1993),Monteiro (1997) contribuíram com novos valores através de retroanálise de provas decargasrealizadasemestacas.Adotandoametodologiapropostapelosreferidosautoreshaveriaalteraçõesdosresultadosdesteestudo. Quantoàanálisedosrecalquespercebeu-seagrandevariabilidadedosvaloresedependênciadessescom relação à carga atuante na fundação, ou seja, em casos que o carregamento foimaior, o recalquetambémfoimaior.Entretanto,conformedemonstradonaTabela11,pormaisquetenhavariadoovalordacarga admissível entre a estaca e a sapata de acordo com cadamétodode cálculo utilizado e variadoorecalque sofrido entre a estaca e a sapata dentro domesmométodo de cálculo, a relação entre essasrelaçõeséconstantee igualacercade51%noscasosanalisados. Isso indicaqueindependentementedométodo,paraocasoemestudoavariaçãodorecalquefoicercade51%davariaçãodacarga.

TABELA11:Relaçõesentrecargasadmissíveis(qad)erecalques(ρ)dasestacasesapatasEnsaioeParâmetroutilizado qadEstaca/qadSapata

(%)ρ Estaca/ρ Sapata

(%)ρ/qad(%)

Viamétodosteóricos(nat) 61,83 31,68 51,2Viamétodosteóricos(sat) 62,24 31,98 51,4

ViaSPT(NSPT) 76,21 39,05 51,2ViaSPT(convertendoNSPTemqc) 38,40 19,68 51,2

ViaPanda2(qd30) 44,41 24,24 51,2

5 CONCLUSÕES

AsprincipaisdivergênciasencontradasforamentreosvaloresdecargaadmissívelcalculadosapartirdosmétodosteóricosdeTerzaghi,paraasapata,eMeyerhof,paraaestaca,eosvalorescalculadosapartirdosmétodosempíricosesemi-empíricos,respectivamente. Dentre os métodos teóricos os parâmetros de entrada de resistência do solo considerados nacondição saturada resultaram em valores de capacidade de carga menos elevados comparados aosconsideradosnacondiçãonatural (não saturada), ficandonotóriaa importânciadosparâmetrosdo solo,principalmenteo valor da coesãono cálculo da capacidadede cargada fundação e quepode sermuitoafetadopelasucçãodosolonosensaiostriaxiaisCDnat.

Percebeu-sequeométododeAokieVelloso(1975)paracálculodecapacidadedecargadeestacasémuitodependentedovaloresde“k”e“α”queporsuavezsãomuitodependentesdotipodesolo.Cabesalientar que o tipo de solo varia segundo osmétodos de classificação domesmo. Damesma forma osparâmetrosF1eF2tambéminfluenciammuitoacapacidadeesãodependentesdotipodaestaca.Comoaestaca tipohélice-contínuaémais recentenomercado,hádisponívelpoucosestudosdessesparâmetrosporretroanálisedeprovadecargaparaessetipodeelementodefundação. Adiscrepâncialevaodescréditodousodosmétodosteóricosemprojetossendopreteridosemproldosmétodosempíricosesemi-empíricos,principalmentenoquetangeasfundaçõesporestacas. OsresultadosdosensaiosPANDA2executadosforammuitosemelhantesemtornodecadafurodeSPT. Essa repetibilidade dos resultados dos ensaios PANDA 2 dão credibilidade para o uso emdimensionamentodefundações. Osresultadosdousodeqd30doensaioPANDA2emsubstituiçãoaovalordeqcdoensaioCPT,nasequações dos diversos métodos empíricos e semi-empíricos de determinação da capacidade de cargaadmissíveldeelementosdefundaçãoporsapataseestacasmostrou-semuitopromissor.Entretantocarecedemaisestudos,noquetangeacapacidadedecargadeestacas,paraosvaloresdeα,F1eF2deAokieVelloso. Noestudodosrecalques,amaiorvariaçãodorecalqueentreasapataeaestacaproporcionalmenteàcargaaplicadareforçaoconhecimentodeque,emgeral,asestacassofremmenosrecalquesdoqueassapatas. Tal fato, verificado por Velloso e Lopes (2010), se deve à grande área lateral das estacas quemobilizam grande resistência por meio do atrito lateral entre solo/elemento de fundação com poucodeslocamento.

REFERÊNCIAS

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