UNIVERSIDADE DE BRASLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

DOSAGEM DE ARGAMASSA PARA ESTACA RAIZ

POLLYANA BENEVIDES FREITAS VENNCIO

DISSERTAO DE MESTRADO EM

ESTRUTURAS E CONSTRUO CIVIL

FACULDADE DE TECNOLOGIA

UNIVERSIDADE DE BRASLIA

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UNIVERSIDADE DE BRASLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

DOSAGEM DE ARGAMASSA PARA ESTACA RAIZ

POLLYANA BENEVIDES FREITAS VENNCIO

DISSERTAO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL DA FACULDADE DE TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE DE BRASLIA COMO PARTE DOS REQUISTOS NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE MESTRE EM ESTRUTURAS E CONSTRUO CIVIL.

APROVADA POR:

_________________________________________________

Prof. ELTON BAUER, DSc (ENC-UnB) (Orientador) _________________________________________________

Prof. NEUSA MARIA BEZERRA MOTA, DSc (ENC-UnB) (Co-orientadora) _________________________________________________ Prof. ANTNIO ALBERTO NEPOMUCENO, Dr. Ing (ENC-UnB) (Examinador Interno) _________________________________________________ Prof. ALEXANDRE DUARTE GUSMO, DSc (UPE) (Examinador Externo) BRASLIA/DF, 03 DE DEZEMBRO DE 2008

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FICHA CATALOGRFICA

VENNCIO, POLLYANA BENEVIDES FREITAS Dosagem de Argamassa para Estaca Raiz [Distrito Federal] 2008.

xvii, 173p., 297 mm (ENC/FT/UnB, Mestre, Estruturas e Construo Civil, 2008). Dissertao de Mestrado Universidade de Braslia. Faculdade de Tecnologia.

Departamento de Engenharia Civil e Ambiental. 1.Argamassa 2.Estaca Raiz 3.Reologia 4.Estado Fresco e Endurecido I. ENC/FT/UnB II. Ttulo (srie)

REFERNCIA BIBLIOGRFICA

VENNCIO, P. B. F. (2008). Dosagem de Argamassa para Estaca Raiz. Dissertao de Mestrado em Estrutura e Construo Civil, Publicao E.DM - 013A/ 08, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Braslia, Braslia, DF, 175p.

CESSO DE DIREITOS

AUTOR: Pollyana Benevides Freitas Venncio.

TTULO: Dosagem de Argamassas para Estacas Raiz.

GRAU: Mestre ANO: 2008

concedida Universidade de Braslia permisso para reproduzir cpias desta dissertao de

mestrado e para emprestar ou vender tais cpias somente para propsitos acadmicos e

cientficos. O autor reserva outros direitos de publicao e nenhuma parte dessa dissertao de

mestrado pode ser reproduzida sem autorizao por escrito do autor.

____________________________

Pollyana Benevides Freitas Venncio Rua 06, Quadra 02, Bloco G, apartamento 201. 75123-230 Anpolis GO Brasil.

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DEDICATRIA

No sei como o mundo me v; mas eu me sinto

como um garoto brincando na praia, contente em

achar aqui e ali uma pedrinha mais lisa ou uma

concha mais bonita, tendo sempre diante de mim,

ainda por descobrir, o grande oceano da verdade.

Isaac Newton (1643-1727)

iv

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Elton Bauer, pela imprescindvel orientao e pelas sempre proveitosas

discusses e esclarecimentos. Professora Neusa Mota pela co-orientao, pela fora nos

momentos mais difceis e por ter me proporcionado este tema.

Aos Professores do programa de Ps-Graduao em Estruturas e Construo Civil pelo apoio

e amizade.

Ao Laboratrio de Ensaios de Materiais - LEM da Universidade de Braslia, onde foram

realizados os ensaios e ao Centro de Apoio ao Desenvolvimento Tecnolgico CDT da

Universidade de Braslia.

Aos tcnicos e amigos Severino e Xavier pela colaborao indispensvel realizao deste

trabalho.

WRJ Engenharia de Solos e Materiais, na pessoa do engenheiro Renato Sales Cortopassi

pelo apoio na realizao das estacas em campo, fornecendo o equipamento para perfurao e

equipe tcnica para suporte dos trabalhos, bem como apoio financeiro.

EMBRE Empresa Brasileira de Engenharia e Fundaes, na pessoa do engenheiro Carlos

Medeiros Silva, pelo apoio financeiro.

Aos colegas e amigos do mestrado, em especial a Carla, Paula, Cludio, Giana, Nelson, pela

convivncia sempre alegre e pelo apoio dispensado a mim nos momentos mais difceis.

A minha amiga Lady e o River, que me apoiaram e ajudaram em todos os momentos desta

caminhada.

Ao grande amor da minha vida: meu esposo Amaro, cujo amor, pacincia e apoio foram

essenciais no decorrer destes anos de intenso estudo. minha famlia pelos momentos de

alegria, amizade, pacincia e companheirismo, fundamentais para mais esta conquista.

v

RESUMO

O presente trabalho avalia experimentalmente as propriedades das argamassas utilizadas no

processo de preenchimento de estacas raiz, tendo-se em vista obter parmetros de mistura

capazes de caracterizar as propriedades no estado fresco e estado endurecido. Como

ferramentas, foi utilizado o ensaio do Vane Test, Perda de gua sob suco, Compresso axial,

Resistncia trao e o Mdulo de elasticidade. Os parmetros fornecidos pelos mtodos

foram maximizados e minimizados (em faixas de argamassas trabalhveis e no trabalhveis)

a partir de variaes na granulometria, relao gua/ cimento e consumo de aglomerante.

Primeiramente fez-se o acompanhamento do processo executivo da estaca raiz em algumas

obras, onde foram identificados os parmetros iniciais a serem utilizados no estudo de

dosagem experimental, em laboratrio. Para a dosagem foram utilizadas trs sries com

granulometrias distintas. Os melhores resultados foram obtidos pela srie que tinha a melhor

distribuio granulomtrica, obtida pelo proporcionamento de duas areias classificadas como

fina e mdia.

No estado fresco analisou-se a consistncia atravs da tenso de escoamento, obtendo os

resultados variando de 0,196 kPa at 0,220 kPa. A relao gua/ materiais secos variou de

21% at 32%. Os resultados de resistncia compresso axial, para as argamassas, em mdia

estavam acima do valor requerido pela norma de fundao (NBR 6122/ 1996). Os resultados

obtidos para o mdulo de elasticidade variaram de 1,3 GPa at 2,2 GPa.

A partir do diagrama de dosagem foram escolhidos seis traos segundo os critrios que a

NBR 6122/ 1996 especifica, consumo de cimento e resistncia de dosagem, e assim

executadas seis estacas raiz no campo experimental. Depois de 28 dias, as estacas foram

exumadas para avaliao do comportamento da argamassa no processo executivo, onde se

observou diferenas no comportamento da argamassa ao longo do fuste, ponta e topo das

estacas. Em algumas estacas verifica-se o enraizamento da argamassa no solo, j em outras

no se verificou este comportamento. Em alguns casos na ponta (extremidade inferior) pde

se observar a ferragem exposta, no havendo o envolvimento pela argamassa, mostrando que

o comportamento previsto na teoria da estaca raiz, nem sempre ocorre no processo executivo

em uma obra.

vi

ABSTRACT

The present work experimentally evaluates the properties of mortar used in the process of

fulfilling of root piles, having itself in sight to get parameters of mixture capable to

characterize the properties in the fresh state and hard state. As tools, the assay of the vane test

was used, loss of water under suction, axial compression, tensile strenght and the modulus of

elasticity. The parameters supplied for the methods had been maximized and minimized (in

bands of mortar you worked and you did not work) from variations in the granulometry,

relation water cement and cement content.

First the accompaniment of the executive proceeding of the prop became root pile in some

build, where the initial parameters had been identified to be used in the study of experimental

dosage, in laboratory. For the dosage three series with distinct granulometry had been used.

The best ones resulted had been gotten by the series that had the best grain sized distribution,

gotten for the mixed of two classified sands as fine and average.

In the fresh state it was analyzed consistency through the yield stress, varying results of the

0,196 kPa up to 0,220 kPa. The relation water/ material dry varied of 21% up to 32%. The

results of axial compressive strength, for mortars, on average were above of the value

required for the foundation norm (NBR 6122/1996). The results gotten for the modulus of

elasticity had varied of 1,3 GPa up to 2,2 GPa.

From the dosage diagram criteria had been chosen six traces according to that NBR 6122/

1996 specifies, cement consumption and resistance of dosage, and thus executed six root piles

in the experimental field. After 28 days, the root piles had been exhumed for evaluation of the

behavior of the mortar in the executive proceeding, where if it observed differences in the

behavior of the mortar throughout the shaft, tip and top of the root piles. In some root piles the

rooted of the mortar in the ground is verified, already in others this behavior was not verified.

In some cases in the tip (inferior extremity) the displayed hardware could be observed, not

having the envolvement for the mortar, showing that the behavior foreseen in the theory of the

root piles, nor always occurs in the executive proceeding in a builds.

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SUMRIO

1. INTRODUO E JUSTIFICATIVA ....................................................................................................... 11.1 JUSTIFICATIVA E IMPORTNCIA DO TEMA ............................................................................. 11.2 OBJETIVOS DA PESQUISA ........................................................................................................... 21.3 ESTRUTURAO DA DISSERTAO .......................................................................................... 3

2. REVISO BIBLIOGRFICA ................................................................................................................. 52.1 ESTACA RAIZ ................................................................................................................................. 5

2.1.1 DEFINIO ............................................................................................................................................... 52.1.2 PROJETO DE FUNDAO DO TIPO ESTACA RAIZ E NORMALIZAO ...................................... 6

2.1.2.1 Capacidade de Carga ........................................................................................................................ 62.1.2.2 Dimensionamento Estrutural ............................................................................................................ 9

2.1.3 EXEMPLOS DE OBRAS ......................................................................................................................... 122.1.4 PROCESSO CONVENCIONAL DE EXECUO DA ESTACA RAIZ ................................................ 14

2.1.4.1 Locao das estacas ........................................................................................................................ 142.1.4.2 Perfurao ...................................................................................................................................... 152.1.4.3 Armadura ....................................................................................................................................... 172.1.4.4 Preenchimento com argamassa ...................................................................................................... 182.1.4.5 Preparo da cabea da estaca ........................................................................................................... 19

2.2 ARGAMASSAS .............................................................................................................................. 212.2.1 REOLOGIA .............................................................................................................................................. 222.2.2 CLASSIFICAO DO MODELO REOLGICO ................................................................................... 26

2.2.2.1 Fluidos Newtonianos ...................................................................................................................... 262.2.2.2 Fluidos No-Newtonianos .............................................................................................................. 27

2.2.3 COMPORTAMENTO REOLGICO DA ARGAMASSA ...................................................................... 282.2.3.1 Modelo de Herschell-Buckley ........................................................................................................ 292.2.3.2 Modelo de Bingham ....................................................................................................................... 29

2.3 PROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS NO ESTADO FRESCO .................................................. 302.3.1 INFLUNCIA DA PASTA E DOS AGREGADOS NAS PROPRIEDADES DO ESTADO FRESCO .. 302.3.2 PROPRIEDADES FSICAS QUE CARACTERIZAM O PROCESSO DE INJEO DE ARGAMASSA PARA ESTACAS RAIZ .......................................................................................................................................... 33

2.3.2.1 Parmetros de mistura .................................................................................................................... 332.3.2.2 Propriedades que interferem no processo de bombeamento das argamassas .................................. 38

2.4 ENSAIOS PARA A CARACTERIZAO DAS PROPRIEDADES DAS ARGAMASSAS NO ESTADO FRESCO ...................................................................................................................................... 45

2.4.1 VANE TEST ............................................................................................................................................ 462.4.1 FUNIL V (V FUNNEL) ........................................................................................................................... 492.4.1 CONE DE MARSH .................................................................................................................................. 502.4.2 MESA DE CONSISTNCIA ................................................................................................................... 512.4.3 PENETRAO ESTTICA DO CONE ................................................................................................. 53

2.5 CARACTERIZAO DAS ARGAMASSAS NO ESTADO ENDURECIDO ................................... 552.5.1 RESISTNCIA MECNICA ................................................................................................................... 552.5.2 MDULO DE DEFORMAO .............................................................................................................. 58

3. PROGRAMA EXPERIMENTAL: MATERIAIS E MTODOS ............................................................ 633.1 CARACTERIZAO DOS MATERIAIS E ENSAIOS UTILIZADOS ............................................ 63

3.1.1 CIMENTO ................................................................................................................................................ 643.1.2 AGREGADO ............................................................................................................................................ 663.1.3 DESCRIO DOS MTODOS E PROCEDIMENTOS DOS ENSAIOS UTILIZADOS ...................... 68

3.1.3.1 Procedimento de preparo e mistura das argamassas ....................................................................... 683.1.4 PROPRIEDADES NO ESTADO FRESCO ............................................................................................. 71

3.1.4.1 Mtodo do Vane Teste ................................................................................................................... 713.1.4.2 Ensaio de perda de gua sob suco ............................................................................................... 723.1.4.3 Funil V (V Funnel) ......................................................................................................................... 74

3.1.5 PROPRIEDADES NO ESTADO ENDURECIDO ................................................................................... 763.1.5.1 Resistncia compresso axial ...................................................................................................... 773.1.5.2 Resistncia compresso diametral ............................................................................................... 783.1.5.3 Resistncia trao por flexo ....................................................................................................... 793.1.5.4 Mdulo de elasticidade .................................................................................................................. 80

3.2 ETAPAS DE DESENVOLVIMENTO DO PROGRAMA EXPERIMENTAL .................................. 833.2.1 PILOTO 01 - AVALIAES PRELIMINARES EM LABORATRIO ................................................ 833.2.2 PILOTO 02 - MONITORAMENTO EM CANTEIRO DE OBRA .......................................................... 87

3.3 PROJETO EXPERIMENTAL I E II - CARACTERIZAO EXPERIMENTAL DAS ARGAMASSAS NO ESTADO FRESCO E ENDURECIDO .................................................................................................. 88

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3.3.1 PROJETO EXPERIMENTAL I - DEFINIO DO TRAO PARA CADA COMPOSIO DE AREIA UTILIZADA ............................................................................................................................................................ 893.3.2 PROJETO EXPERIMENTAL II DIAGRAMA DE DOSAGEM .......................................................... 91

3.4 ESTUDO DE CAMPO EXECUO E EXUMAO DE ESTACA RAIZ ................................. 924. APRESENTAO E ANLISE DOS RESULTADOS ........................................................................ 96

4.1 PROJETO EXPERIMENTAL I DEFINIO DO TRAO PARA CADA COMPOSIO ........ 964.2 PROJETO EXPERIMENTAL II DIGRAMA DE DOSAGEM ..................................................... 97

4.2.1 RESULTADOS DOS ENSAIOS COM ARGAMASSA NO ESTADO FRESCO ................................... 974.2.1.1 Comportamento dos Parmetros de Mistura .................................................................................. 974.2.1.2 Exsudao .................................................................................................................................... 102

4.2.2 RESULTADOS DOS ENSAIOS COM ARGAMASSA NO ESTADO ENDURECIDO ...................... 1044.2.2.1 Anlise do Mtodo do Ensaio de Resistncia ............................................................................... 104

4.2.2.1.1 Resistncia Compresso Axial (fc) ......................................................................................... 1044.2.2.1.2 Resistncia Trao .................................................................................................................. 106

4.2.2.2 Anlise em Funo dos Parmetros de Mistura ............................................................................ 1084.2.2.2.1 Resistncia Compresso Axial ............................................................................................... 1084.2.2.2.2 Resistncia Trao .................................................................................................................. 110

4.2.2.3 Mdulo de deformao esttico ( Eci ) .......................................................................................... 1124.3 ESTUDO DE CAMPO DEFINIO DOS TRAOS A SEREM EXECUTADOS .................... 115

4.3.1 APRESENTAO DOS RESULTADOS DAS ESTACAS NO ESTADO FRESCO ........................... 1154.3.2 EXECUO DE ESTACAS RAIZ NO CAMPO EXPERIMENTAL .................................................. 1184.3.3 RESULTADOS DOS ENSAIOS COM ARGAMASSA NO ESTADO ENDURECIDO ...................... 124

4.3.3.1 Resistncia compresso axial .................................................................................................... 1244.3.3.2 Resistncia trao na flexo ...................................................................................................... 1254.3.3.3 Mdulo de deformao esttico ................................................................................................... 125

5. CONCLUSES E SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................... 1275.1 CONCLUSES ........................................................................................................................... 1275.2 SUGESTES PARA FUTUROS TRABALHOS ........................................................................... 130

6. BIBLIOGRAFIA PRINCIPAL ............................................................................................................. 131ANEXOS ........................................................................................................................................................ 136ANEXO A - CARACTERIZAO DOS MATERIAIS ................................................................................ 137ANEXO B RESULTADOS DOS ENSAIOS ............................................................................................... 141(PROJETO EXPERIMENTAL I E II) ........................................................................................................... 141ANEXO C- ESTUDO DE CAMPO ................................................................................................................ 149

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LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 - Ponte estaiada sobre o Rio das Ostras no Rio de Janeiro (GRISOLLI, 2007) ..... 12Figura 2.2 Fachada do Shopping Bourbon Pompia em So Paulo. (07. JPG, 2008) .......... 13Figura 2.3 Execuo de estaca raiz no reforo de um pilar, ponte sobre o Rio Paraguai. (09.JPG, 2008). ......................................................................................................................... 13Figura 2.4 - Base de concreto armado construda para fixao dos tanques de armazenamento na COPAPE, Ilha do Barnab. ................................................................................................. 14Figura 2.5 - Perfurao da estaca raiz: (a) lateral esquerda do equipamento, (b) lateral direita do equipamento, onde fica o painel de comando, (c) circulao de gua no interior do tubo, (d) alguns tipos de coroas de perfurao e extremidades rosqueadas dos tubos metlicos. .... 15Figura 2.6 (a) modelo de ferragem usualmente utilizada para estaca raiz, (b) Colocao da armao aps a perfurao, (c) a armao abrange todo o comprimento do fuste . ................ 17Figura 2.7 (a) Preenchimento do furo com argamassa, (b) desrosqueamento e retirada dos tubos. ........................................................................................................................................ 19Figura 2.8 Fluxograma executivo da estaca raiz (ABEF, 2007). .......................................... 21Figura 2.9 - Fluido viscoso entre placas, cisalhado por uma fora aplicada na placa superior.

.................................................................................................................................................. 24Figura 2.10 - Comportamento de fluidos: (1) Fluido newtoniano, (2) Fluido de Bingham, (3) Fluido pseudoplstico e (4) Fluido Dilatante (MACHADO, 2002) ............................. 25Figura 2.11 Representao esquemtica dos fluidos no - newtonianos. ............................. 27Figura 2.12 Grfico de tenso versus deformao ................................................................ 30Figura 2.13 - Relao a/c x fc para cimentos brasileiros (HELENE e TERZIAN, 1992). ...... 34Figura 2.14 Concretos de mesma trabalhabilidade, constncia do teor gua/ materiais secos com variao do trao. (PETTRUCCI, 1993). ......................................................................... 37Figura 2.15 - Modelo de deformao do fluxo sob conduto forado, para pastas de cimento (POPOVICS, 1982) .................................................................................................................. 44Figura 2.16 Comportamento reolgico dos materiais (FERRARIS, 1999). ......................... 45Figura 2.17- Relao entre as dimenses da palheta e do recipiente (BAUER, et al, 2007) ... 47Figura 2.18 O equipamento utilizado no ensaio do Vane Test. ............................................ 48Figura 2.19 Ilustrao do Funil V (V - Funnel). ................................................................... 50Figura 2.20 - Ensaio com o Cone de Marsh (AMARAL e GOMES, 2005). ........................... 51Figura 2.21 Ensaio da mesa de consistncia: (a) Equipamento, (b) Moldagem da argamassa; (c) Aplicao dos golpes; (d) Medida do Espalhamento (ARAJO, 2004). ........................... 52Figura 2.22 (a) Equipamento utilizado no ensaio de Penetrao Esttica do Cone, (b) argamassa no porta amostra, (c) posicionamento da amostra, (d) leitura de penetrao (FILHO et. al., 2006 e PEREIRA, 2007). .............................................................................................. 54Figura 2.23 Curva de Gauss para a resistncia do concreto compresso ........................... 55Figura 2.24 Caracterizao dos mdulos de deformao ...................................................... 60Figura 2.25 - Fatores que interferem no resultado do Mdulo de Deformao (BATTAGIN, 2007). ........................................................................................................................................ 60Figura 2.26 - Influncia da relao a/c sobre o mdulo de elasticidade (NUNES, 2005) ....... 62Figura 2.27 - Influncia da resistncia compresso sobre o mdulo de elasticidade em argamassas (ARAJO, 2004) .................................................................................................. 62Figura 3.1 Distribuies granulomtricas das areias utilizadas. ........................................... 66Figura 3.2- Misturador utilizado no preparo das argamassas. .................................................. 69Figura 3.3 - a) Mesa vibratria para adensamento dos prismas; b) Molde utilizado para execuo dos cps. ..................................................................................................................... 70

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Figura 3.4- Equipamento utilizado no ensaio de reteno de gua com o funil de Bcnher modificado. ............................................................................................................................... 72Figura 3.5 - Seqncia da execuo do ensaio de reteno de gua (Arajo, 2004). .............. 73Figura 3.6 Funil V utilizado nos ensaios realizados .............................................................. 75Figura 3.7 Ensaio de compresso axial em corpos-de-prova prismticos e cilndricos. .......... 78Figura 3.8 - Determinao da resistncia trao por compresso diametral segundo a NBR 7222/ 94. ................................................................................................................................... 78Figura 3.9 - Ensaio de resistncia trao na flexo ............................................................... 80Figura 3.10 - Ciclos de carregamento do concreto para determinao de Eci ( NBR 8522/2003). .............................................................................................................................. 81Figura 3.11 Ensaio do mdulo de elasticidade e disposio das pastilhas nos corpos-de-prova 5x10cm. .......................................................................................................................... 82Figura 3.12 Relao entre a Tenso de escoamento e a relao gua/ materiais secos. ....... 86Figura 3.13 Fluxograma do Piloto 01. ................................................................................... 86Figura 3.14 Fluxograma do Piloto 02. ................................................................................... 88Figura 3.15 - Etapas de desenvolvimento da pesquisa ............................................................. 89Figura 3.16 Fluxograma descrevendo as variveis do Programa Experimental I. ................ 90Figura 3.17 Fluxograma descrevendo as variveis do Programa Experimental II. ............... 92Figura 4.1 Representao grfica da quantidade de agregado x a/c obtida no Projeto Experimental II. ........................................................................................................................ 99Figura 4.2 Representao grfica do A% x a/c, obtidos no Projeto Experimental II. ........... 99Figura 4.3 - Representao da variao do ndice de Pasta mantendo-se a consistncia constante. ................................................................................................................................ 101Figura 4.4 - Representao do volume de vazios da areia x consumo de cimento. ............... 101Figura 4.5 Representao da tenso de escoamento x consumo de cimento. ..................... 102Figura 4.6 Perda de gua aps 15 minutos de suco em relao ao teor de gua contido nos traos. ..................................................................................................................................... 103Figura 4.7 - Comportamento da resistncia compresso axial versus Cc, cps prismticos (4x4x16 cm) ........................................................................................................................... 109Figura 4.8 Resistncia compresso axial dos cps prismticos (4x4x16 cm) x relao a/c.

................................................................................................................................................ 109Figura 4.9 - Resistncia compresso diametral x Cc, para cps cilndricos (5x10 cm) ........ 110Figura 4.10 - Representao grfica da resistncia compresso diametral dos cps cilndricos (5x10 cm). .............................................................................................................................. 111Figura 4.11 - Resistncia trao na flexo x Cc, para cps prismticos (4x4x16 cm) .......... 111Figura 4.12 - Representao grfica da resistncia trao na flexo dos cps prismticos (4x4x16 cm). .......................................................................................................................... 112Figura 4.13 - Comportamento do mdulo de elasticidade em relao a resistncia compresso de cps prismticos (4x4x16 cm). ........................................................................ 113Figura 4.14 Diagrama de Dosagem obtido atravs do programa experimental. ................. 114Figura 4.15 Argamassadeira utilizada nas misturas. ........................................................... 118Figura 4.16 Momento de retirada das estacas do solo. (a) iamento da estaca atravs da ferragem, (b) a estaca aps a retirada do solo. ....................................................................... 119Figura 4.17 Estacas aps a exumao, mostrando o comportamento da argamassa injetada ao longo do fuste. ................................................................................................................... 120Figura 4.18 - Estacas aps a retirada do excesso de solo para melhor analisar a superfcie do fuste. ....................................................................................................................................... 120Figura 4.19 Detalhes das pontas e topo das estacas moldadas para a srie dosada com a areia fina. ......................................................................................................................................... 121

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Figura 4.20 Detalhes das pontas e topo das estacas moldadas para a srie dosada com a areia grossa. ..................................................................................................................................... 122Figura 4.21 Detalhes das pontas e topo das estacas moldadas para a srie dosada com a areia fina e grossa. ........................................................................................................................... 123

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LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Coeficientes e utilizados na expresso de Aoki e Velloso (1975). ..... 7Tabela 2.2 Coeficientes e utilizados na expresso de Cabral (1986). ......................... 9Tabela 2.3 - Caractersticas da estaca raiz (Alonso, 1996). ..................................................... 12Tabela 2.4 - Relao entre o dimetro final da estaca raiz e o tubo utilizado na perfurao (ALONSO, 1996). .................................................................................................................... 17Tabela 2.5 - Carga admissvel relacionado com os dimetros (Brasfond, 2007). .................... 20Tabela 2.6 - Fatores que influenciam a trabalhabilidade do concreto no estado fresco (PETRUCCI, 1987). ................................................................................................................. 40Tabela 2.7 - Desvio padro a ser adotado de acordo com a condio de preparo do concreto (NBR 12655/ 2006). ................................................................................................................. 57Tabela 3.1 - Ensaios qumicos realizados no cimento (CP IV-RS-32). ................................... 64Tabela 3.2 - Ensaios fsicos realizados no cimento (CP IV-RS-32). ....................................... 65Tabela 3.3 Ensaios de resistncia mecnica realizada no cimento (CP IV-RS-32). ............. 65Tabela 3.4 - Composio dos agregados utilizados na pesquisa. ............................................. 66Tabela 3.5 Caracterizao fsica dos agregados utilizados na pesquisa ................................ 68Tabela 3.6 - Composio dos agregados utilizados na pesquisa. ............................................. 84Tabela 3.7 - Dosagens realizadas, onde varia a curva granulomtrica do agregado e relao a/c. ............................................................................................................................................ 85Tabela 3.8 Traos encontrados na obra e resultados da tenso de escoamento. ................... 88Tabela 3.9 Dosagem realizada no Projeto Experimental I. ................................................... 90Tabela 3.10 Traos sugeridos para a execuo das estacas raiz, considerando o Cc= 600 kg/ m. ............................................................................................................................................. 93Tabela 3.11 - Traos sugeridos para a execuo das estacas raiz, considerando o fc28 = 30 MPa. ......................................................................................................................................... 94Tabela 3.12 Traos dosados na execuo das estacas raiz. ................................................... 94Tabela 4.1 Traos adotados para cada tipo de agregado a partir da Tabela 3.9. .................... 97Tabela 4.2 Traos dosados no Projeto Experimental II. ....................................................... 98Tabela 4.3 Traos realizados para a concepo do Diagrama de Dosagem. ......................... 98Tabela 4.4 Proporo dos componentes no volume total da argamassa no estado fresco. . 100Tabela 4.5 Resultados do ensaio de Reteno de gua para as argamassas. ....................... 103Tabela 4.6 Resultados da resistncia compresso axial aos 28 dias. ................................ 105Tabela 4.7 Resultados da resistncia compresso axial aos 28 dias. ................................ 105Tabela 4.8 Resultados de resistncia trao por compresso diametral ( ). .......... 107Tabela 4.9 Resultados de resistncia trao na flexo. .................................................... 108Tabela 4.10 Resultados do mdulo de elasticidade para c.p.s cilndricos. ......................... 112Tabela 4.11 Traos extrados do Diagrama de Dosagem, definido segundo o Cc = 600 kg/ m. ........................................................................................................................................... 116Tabela 4.12 Traos extrados do Diagrama de Dosagem, definido segundo o fc28 = 30 MPa.

................................................................................................................................................ 116Tabela 4.13 Dosagem realizada no Estudo de Campo, definido pelo Cc = 600 kg/ m. ..... 117Tabela 4.14 Dosagem realizada no Estudo de Campo, definido pelo fc28 = 30 MPa. ......... 117Tabela 4.15 Resultados da resistncia compresso axial para c.p.s prismticos cortados.

................................................................................................................................................ 125Tabela 4.16 Resultados de resistncia trao na flexo para c.p.s prismticos cortados. 125Tabela 4.17 Resultados do mdulo de elasticidade para c.p.s cilndricos. ......................... 126

xiii

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

AF1 - srie composta apenas por areia classificada como fina;

AF1_C600 - trao dosado no Projeto Experimental II e executado no Estudo de Campo;

AF1_F30 - trao dosado no Projeto Experimental II e executado no Estudo de Campo;

AG1 - srie composta apenas por areia classificada como grossa;

AG1_C600 - trao dosado no Projeto Experimental II e executado no Estudo de Campo;

AG1_F30 - trao dosado no Projeto Experimental II e executado no Estudo de Campo;

AGF1 - srie composta por 65% de areia grossa e 35% de areia fina;

AGF1_C600 - trao dosado no Projeto Experimental II e executado no Estudo de Campo;

AGF1_F30 - trao dosado no Projeto Experimental II e executado no Estudo de Campo;

AM1 - srie utilizada no Piloto 01, contendo;

AM2 - srie utilizada no Piloto 01, contendo;

CV - coeficiente de variao (%);

F_T01 - trao dosado no Projeto Experimental I;

F_T02 - trao dosado no Projeto Experimental I;

F_T03 - trao dosado no Projeto Experimental I;

G_T01 - trao dosado no Projeto Experimental I;

G_T02 - trao dosado no Projeto Experimental I;

G_T03 - trao dosado no Projeto Experimental I;

GF_T01 - trao dosado no Projeto Experimental I;

GF_T02 - trao dosado no Projeto Experimental I;

GF_T03 - trao dosado no Projeto Experimental I;

LEM - laboratrio de ensaio de materiais;

Sd - desvio-padro (MPa);

T01 - trao dosado no Piloto 01;

T02 - trao dosado no Piloto 01;

T03 - trao dosado no Piloto 01;

T04 - trao dosado no Piloto 01.

xiv

LISTA DE SMBOLOS

- carga resistida pela ponta;

- carga resistida por atrito lateral;

S - rea da base ou ponta da estaca;

e - coeficientes que dependem do tipo de solo;

F1 e F2 - coeficientes corretivos de escala que procuram levar em conta a diferena de

comportamento entre a estaca e o cone holands;

N - nmero de golpes do SPT (mdio das camadas);

U permetro da estaca;

= trecho da estaca ao qual se aplica a resistncia lateral (unitria);

e coeficientes que variam em funo do tipo de solo;

D - o dimetro nominal da estaca (cm);

- o acrscimo de presso no intervalo (kgf/cm);

- Esforo resistente de clculo;

- rea de seo transversal de concreto;

- rea da seo da armadura longitudinal de compresso;

- rea da seo transversal da armadura longitudinal de compresso (inferior a 6% da

seo da estaca);

N - carga de compresso;

- resistncia caracterstica da argamassa (20 MPa) ou da nata de cimento (25 MPa);

- resistncia caracterstica do ao (para o ao CA 50A, = 500 MPa);

F fora aplicada na direo do escoamento;

S rea da superfcie exposta ao cisalhamento;

v diferena de velocidade entre duas camadas de fluido adjacentes;

y distncia entre duas camadas de fluido adjacentes;

- a tenso cisalhante necessria para o fluido iniciar seu escoamento;

- a viscosidade do fluido, definida como a derivada da funo , isto , ;

n - um expoente relacionado ao comportamento do fluido;

F = fora de cisalhamento (N);

= tenso de cisalhamento (Pa);

= coeficiente de viscosidade (Pa.s);

= variao da velocidade ao longo da camada do fluido;

xv

= taxa de cisalhamento ou gradiente de velocidade (s-1);

- a tenso de cisalhamento aplicada;

- o gradiente de deformao;

- a tenso inicial de escoamento;

K e n - so parmetros que caracterizam o comportamento do material;

- resistncia compresso (MPa) em j dias de idade;

e constantes que dependem da natureza dos materiais, da idade e das condies de

cura;

a/c relao gua cimento;

a - quantidade de gua por metro cbico;

Cc ou c quantidade de cimento por metro cbico;

A% - relao gua/ materiais secos (%);

x - relao gua/ cimento (g);

a - areia (g);

p - brita (g);

massa especfica do agregado (t/ m);

- massa especfica do cimento (t/ m);

D = dimetro da palheta (m);

H = altura da palheta (m);

= Torque mximo (N.m);

- a resistncia mdia do concreto compresso, prevista para a idade de j dias (MPa);

- a resistncia caracterstica do concreto compresso (MPa);

- o desvio-padro da dosagem (MPa);

- mdulo de elasticidade secante;

Eci - mdulo de deformao tangente inicial;

E = mdulo de deformao flexo em MPa;

F = carga aplicada no meio do vo (N);

l = distncia entre apoios (mm);

b = base do corpo-de-prova (mm);

d = espessura do corpo-de-prova (mm);

= deslocamento (flecha) no meio do corpo-de-prova (mm);

IV ndice de vazios;

massa unitria da areia (g/ cm);

xvi

massa especfica da areia (g/ cm);

VV volume de vazios da areia (dm);

Va volume de areia (dm);

Cun coeficiente de uniformidade;

D60 abertura da malha da peneira na qual passa 60% do material (mm);

D10 abertura de malha da peneira na qual passa 10% do material (mm);

Ra = reteno de gua (%);

= massa do funil vazio e filtro (g);

= massa do funil cheio e filtro (g);

= massa do funil para o tempo i de exposio suco (g);

= relao gua/argamassa fresca;

= massa total de gua utilizada na argamassa (g);

M = soma das massas dos componentes anidros da argamassa (cimento cal e areia);

= resistncia trao por compresso diametral (MPa);

F = carga mxima obtida no ensaio (kN);

D = dimetro do corpo-de-prova (mm);

L = altura do corpo-de-prova (mm);

f resistncia trao na flexo (MPa);

F fora aplicada (N);

l distncia entre apoios igual a 100 mm para ensaios em prismas e 160 mm para ensaios em

placas isoladas;

b largura do corpo-de-prova (mm);

d altura do corpo-de-prova (mm);

= tenso igual a i % da tenso de ruptura (MPa);

= deformao longitudinal especfica (mm/mm) no corpo-de-prova correspondente tenso

igual a i % da tenso de ruptura;

- resistncia trao indireta (MPa);

- resistncia trao na flexo (MPa);

resistncia trao direta (MPa);

valor mdio ou caracterstico da resistncia trao direta (MPa);

resistncia caracterstica do concreto (MPa);

- valor caracterstico inferior da resistncia trao direta (MPa);

- valor caracterstico superior da resistncia trao direta (MPa).

1

1. INTRODUO E JUSTIFICATIVA

A presente dissertao se insere na linha de pesquisa referente Sistemas Construtivos e

Desempenho de Materiais e Componentes, do Programa de Ps-graduao em Estruturas

e Construo Civil da Universidade de Braslia (PECC/ UnB). No projeto Durabilidade,

desempenho e inovao nos materiais e tcnicas construtivas no Distrito Federal

desenvolvido junto ao Centro de Apoio ao Desenvolvimento Tecnolgico da Universidade

de Braslia.

1.1 JUSTIFICATIVA E IMPORTNCIA DO TEMA

O desenvolvimento e utilizao da estaca raiz deram-se a partir da dcada de 50, quando o

Professor Fernando Lizzi requereu na Itlia as primeiras patentes, n 497.736 em 11/03/52 e

n 502.416 em 29/12/52, sob a denominao de Pali Radice (ALONSO, 1996).

Em 1960 essa tcnica construtiva que originalmente foi desenvolvida para reforo de

fundaes e melhoramento do solo foi difundida pela Europa. J em 1970, por ocasio do X

Convegno di Geotecnia realizado em Bari, na Itlia, foi apresentada internacionalmente.

A partir de ento, j expiradas as patentes, em vrios pases foi introduzida essa tecnologia,

conhecida por estacas de pequeno dimetro (D < 20 cm) ou microestacas.

Com o passar dos anos houve uma tendncia a se utilizar dimetros cada vez maiores,

chegando-se atualmente a at 50 cm, para cargas de 1600kN; substituindo a denominao de

pequenos dimetros por estacas escavadas com injeo ou estacas escavadas injetadas. A

partir de ento seu uso deu-se no s como estaca para reforo de fundao, mas tambm

como estaca de uso corrente, utilizvel em qualquer condio de obra.

Para garantir a resistncia e eficincia da estaca raiz, a NBR 6122/96 apresenta em seu

contexto duas orientaes de dimensionamento estrutural da estaca dependendo do percentual

de ao utilizado. Quando o percentual de ao for menor ou igual a 6%, a pea deve ser

dimensionada como pilar de concreto armado, levando-se em conta a verificao de

2

flambagem, considerando-se a resistncia obtida pela argamassa e atingida pela armao. A

segunda recomendao quando for utilizado um percentual de ao superior a 6%, devendo-

se considerar que toda a carga ser resistida apenas pelo ao, desprezando-se a resistncia da

argamassa.

A referida norma exige para a argamassa de preenchimento o consumo mnimo de cimento

igual a 600 kg/m, com fck compatvel com as tcnicas executivas e de controle no superior a

20 MPa, uma vez que a qualidade da argamassa ter grande influncia na integridade da

estaca e transferncia da carga estrutural para o solo.

Apesar da NBR 6122/96 condicionar a eficincia da argamassa de preenchimento ao consumo

mnimo de cimento e resistncia a compresso, atualmente no se tem como prtica, em obras

correntes, o controle tecnolgico dessas argamassas para o conhecimento das propriedades no

estado fresco e endurecido.

Em visitas realizadas em obras localizadas em Braslia e no entorno, foram observadas

grandes diferenas nos traos utilizados, constatando-se a existncia de exsudao e

segregao, bem como a falta de controle durante os procedimentos de dosagem da

argamassa, situao tambm observada por AMARAL e GOMES (2005).

Nesse contexto, h uma desconfiana quanto eficincia da fundao, sua integridade e

capacidade de carga devido falta de controle das propriedades da argamassa de

preenchimento utilizada no processo. importante ressaltar que o desempenho da estaca raiz

depende das propriedades da argamassa, dosagem e o processo executivo.

1.2 OBJETIVOS DA PESQUISA

O objetivo geral desta pesquisa contribuir no estudo e definio de parmetros aplicveis s

argamassas utilizadas no preenchimento de fundao do tipo estaca raiz, enfatizando

principalmente o estudo da dosagem e critrios relacionados reologia das argamassas, alm

dos fatores relacionados bombeabilidade.

Como objetivos especficos, podem ser listados:

3

Estudo comportamental no estado fresco;

Definio de critrios no estado fresco para a produo das argamassas;

Discusso dos parmetros definidos pela norma NBR 6122/ 1996 pertinentes

execuo de estacas raiz e recomendaes;

Aplicao e adaptao de metodologia experimental para dosagem e estudo das

argamassas;

Discusso da relao entre o material e o processo executivo;

Proposio e aplicao da avaliao do mdulo de elasticidade das argamassas

utilizadas no preenchimento de estacas raiz.

Por fim esta pesquisa visa contribuir para a soluo de problemas relacionados com as

argamassas utilizadas no preenchimento de estacas raiz, atravs do estudo da influncia do

agregado mido nas caractersticas destas argamassas, pois so grandes as variaes regionais

das areias utilizadas e tambm das diferenas nas composies granulomtricas especificadas

para esse material.

1.3 ESTRUTURAO DA DISSERTAO

Este trabalho encontra-se estruturado em cinco captulos, sendo este a introduo que tem um

carter geral de apresentao do tema, indicando no s os motivos que levaram pesquisa,

mas tambm a importncia, as delimitaes e os objetivos da pesquisa.

No captulo 2 apresentam-se definies sobre a estaca raiz, mtodo de clculo, processo

executivo e normas pertinentes. De posse destes dados, analisam-se as propriedades das

argamassas que devem ser investigadas tanto no estado fresco, quanto no estado endurecido.

Apresentam-se as definies pertinentes s caractersticas granulomtricas de agregado

mido, bem como as diversas formas de expresso destas caractersticas.

4

No captulo 3, descreve-se o procedimento adotado na realizao do programa experimental.

Inicia-se com a caracterizao dos materiais utilizados nesta pesquisa, descrevendo como

foram obtidas as diversas areias estudadas. Com as areias definidas, so apresentadas as

etapas do programa experimental, indicando-se as variveis do estudo, os ensaios de

caracterizao dos materiais e os procedimentos de ensaio empregados na avaliao das

propriedades das argamassas no estado fresco e endurecido.

A apresentao e discusso dos resultados abordada no captulo 4. Os resultados so

normalmente apresentados em formas de tabelas com os valores mdios obtidos, enquanto os

resultados de todos os corpos-de-prova ensaiados so apresentados nos anexos. Apresenta-se

tambm uma anlise comparativa das diversas especificaes analisadas.

No captulo 5 as diversas correlaes obtidas so resumidas e apresentadas as concluses do

presente estudo, levando-se em considerao as diversas distribuies granulomtricas

analisadas. Apresenta-se ainda neste captulo sugestes de novas pesquisas visando o

desenvolvimento das argamassas utilizadas no preenchimento de estacas do tipo raiz.

Nos Anexos so apresentados os resultados de caracterizao dos materiais utilizados e os

resultados individuais para cada srie do estudo, avaliadas na pesquisa.

5

2. REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 ESTACA RAIZ

2.1.1 DEFINIO

As estacas raiz so fundaes moldadas in loco, executadas atravs de perfuratrizes

rotativas e/ou percussivas, utilizando-se revestimento ao longo do furo visando garantir a

integridade de seu fuste. Aps a sua perfurao, a estaca armada e preenchida com

argamassa fluida (JOPPERT, 2007).

Este tipo de fundao pode ser considerado, de fato, um dos processos mais difundidos no

campo das obras para o reforo de fundaes, consolidao de taludes e de fundaes normais

ou do tipo especial.

As principais caractersticas tpicas de estaca esto relacionadas alta capacidade de carga,

com recalques muito reduzidos. A estaca raiz tem uma capacidade de carga dimensionada em

funo da resistncia lateral, respondendo imediatamente a qualquer movimento da estrutura

quando empregada como reforo de fundao, substituindo no todo ou em parte a fundao

inicial dependendo da opo tcnica do projeto de reforo. Tambm resiste a cargas de trao

elevadas, o que a torna ideal no caso de fundao para torres de linha de transmisso, entre

outras.

O processo de perfurao no provoca vibraes e em conjunto com o reduzido tamanho do

equipamento (altura de aproximadamente 2m) consegue trabalhar em reas restritas e com p-

direito reduzido, tornando-se um tipo de fundao particularmente indicada em casos

especiais como: reforo de fundaes, fundaes de obras com vizinhanas sensveis a

vibraes ou poluio sonora, ou em terrenos com presena de mataces e para obras de

conteno de talude.

6

2.1.2 PROJETO DE FUNDAO DO TIPO ESTACA RAIZ E NORMALIZAO

As estacas usuais podem ser classificadas em duas categorias: estacas de deslocamento que

so introduzidas no terreno atravs de algum processo que no promova a retirada do solo, e

estacas escavadas que so executadas in situ atravs da perfurao do terreno por um

processo qualquer, com remoo do material, com ou sem revestimento, com ou sem

utilizao de fluido estabilizante.

Nessa ltima categoria enquadram-se as estacas injetadas do tipo raiz que so executadas

atravs de perfurao rotativa ou roto-percussiva, tendo-se uma ferramenta de perfurao

conhecida como bits (material de ao-wdea ou diamante) que capaz de perfurar

praticamente qualquer tipo de material (rochas, concreto armado, solos, mataes) em

qualquer direo.

2.1.2.1 Capacidade de Carga

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

pela resistncia ao cisalhamento gerada ao longo de seu fuste e parcialmente pelas tenses

normais geradas no nvel de sua ponta. Devido ao processo de injeo do fuste considera-se

que a estaca raiz transfere a carga predominantemente por atrito ou aderncia lateral, pois se

considera que, de uma maneira geral, a parcela de ponta atinge somente entre 15 e 20% da

parcela lateral (BERBERIAN, 1999).

De acordo com Saes et al (1998) a carga de ruptura em estacas escavadas corresponde a um

deslocamento do topo da estaca de 10% de seu dimetro para argilas e de 30% de seu

dimetro, para solos granulares.

O mtodo de Aoki e Velloso (1975) pode ser utilizado para calcular a capacidade de carga de

diversos tipos de estacas submetidos a carregamento por compresso, baseando-se nos

resultados das sondagens percusso (SPT). Neste mtodo, a carga de ruptura do solo ( ),

que d suporte a uma estaca isolada, calculada a partir da soma das parcelas de ponta ( ) e

de atrito lateral ( ). As parcelas de ponta e de atrito na ruptura so dadas, respectivamente,

pelas seguintes expresses:

7

Equao 2-1

Equao 2-2

Onde:

- carga resistida pela ponta,

- carga resistida por atrito lateral,

S - rea da base ou ponta da estaca,

e - coeficientes que dependem do tipo de solo,

F1 e F2 - coeficientes corretivos de escala que procuram levar em conta a diferena de

comportamento entre a estaca e o cone holands,

N - nmero de golpes do SPT (mdio das camadas),

U permetro da estaca,

= trecho da estaca ao qual se aplica a resistncia lateral (unitria).

O fator de segurana (FS) recomendado para o emprego desse mtodo igual a 2,0. O valor

de F1 igual a 1,75 e F2 igual a 3,5 para a estaca padro. A Tabela 2.1 apresenta os valores de

e propostos originalmente pelo mtodo Aoki e Velloso.

Tabela 2.1 Coeficientes e utilizados na expresso de Aoki e Velloso (1975).

Tipo de Solo KAV (kPa) AV (%)

Areia 1000 1,4

Areia siltosa 800 2,0

Areia silto argilosa 700 2,4

Areia argilosa 600 3,0

Areia argilo siltosa 500 2,8

Silte 400 3,0

Silte arenoso 550 2,2

Silte areno argiloso 450 2,8

Silte argiloso 230 3,4

Silte argilo arenoso 250 3,0

Argila 200 6,0

Argila arenosa 350 2,4

Argila areno argilosa 300 2,8

Argila siltosa 220 4,0

Argila silto arenosa 330 3,0

8

O mtodo proposto por Cabral (1986) o nico desenvolvido especificamente para o clculo

da capacidade de carga de estacas do tipo raiz. Utiliza o coeficiente 0, que considera a

influncia tanto direta, por meio da presso de injeo, como indireta, por meio do eventual

aumento do dimetro da estaca. O fator de segurana recomendado para a parcela de ponta

(FSP) de 3,0 e para o atrito lateral (FSL) de 2,0 (CARDOSO e MOURA, 2007).

O autor prope as seguintes expresses para o clculo das resistncias de ponta ( ) e lateral

( ):

Equao 2-3

Equao 2-4

Equao 2-5

Onde:

- a carga resistida pela ponta,

- a carga resistida por atrito lateral,

N - o nmero de golpes do SPT,

e coeficientes que variam em funo do tipo de solo,

D - o dimetro nominal da estaca (cm),

- o acrscimo de presso no intervalo (Kgf/ cm).

O valor a ser adotado para deve ser analisado em conjunto com a empresa que ir executar

as estacas. O valor dos coeficientes e utilizados na Equao 2-3 esto apresentados na

Tabela 2.2.

Na experincia local de Braslia, utilizam-se os mtodos anteriormente citados fazendo-se

ajustes nos respectivos coeficientes, obtidos atravs de provas de carga estticas em fundaes

executadas.

9

Tabela 2.2 Coeficientes e utilizados na expresso de Cabral (1986). Tipo de Solo

Areia 0,070 3,0

Areia muito pouco Siltosa 0,070 2,9

Areia pouco Siltosa 0,075 2,8

Areia Siltosa 0,080 2,7

Areia muito Siltosa 0,080 2,7

Areia muito pouco Argilosa 0,070 2,5

Areia pouco Argilosa 0,075 2,5

Areia Argilosa 0,080 2,3

Areia muito Argilosa 0,080 2,2

Silte 0,050 1,8

Areia muito pouco Arenoso 0,050 1,8

Areia pouco Arenoso 0,055 1,9

Areia Arenoso 0,060 2,0

Areia muito Arenoso 0,060 2,2

Areia muito pouco Argiloso 0,040 1,6

Areia pouco Argiloso 0,040 1,4

Areia Argiloso 0,035 1,2

Areia muito Argiloso 0,035 1,1

Argila 0,050 1,0

Areia muito pouco Arenosa 0,050 1,3

Areia pouco Arenosa 0,050 1,6

Areia Arenosa 0,050 2,0

Areia muito Arenosa 0,060 2,2

Areia muito pouco Siltosa 0,040 1,3

Areia pouco Siltosa 0,040 1,4

Areia Siltosa 0,040 1,5

Areia muito Siltosa 0,040 1,6

2.1.2.2 Dimensionamento Estrutural

De acordo com Alonso (1996) a carga admissvel mxima estrutural das estacas escavadas

injetadas resultante da resistncia estrutural dos materiais que a compem, de modo a

garantir um coeficiente de segurana global ruptura mnimo de 2. Esta carga a mxima

possvel a adotar para a estaca, devendo a carga admissvel final ser calculada pelos mtodos

de transferncia de carga para o solo.

10

Para o clculo da capacidade de carga estrutural compresso o atual texto da NBR 6122/

1996 divide as estacas escavadas injetadas em dois grupos:

A. Estacas que utilizam ao com resistncia caracterstica de at 500 MPa e percentagem

de ao inferior a 6%. Neste caso o dimensionamento ser feito como pilar de concreto

armado levando-se em conta a flambagem e considerando para seo transversal da

argamassa a rea da estaca reduzida da rea da armadura;

B. Estacas que utilizam ao com resistncia caracterstica superior a 500MPa ou

percentagem de ao superior a 6%. Neste caso despreza-se a contribuio da

capacidade de carga da argamassa sendo toda a carga resistida pela armadura.

Com base na formulao proposta por Alonso (1993), o clculo das cargas admissveis

estruturais mximas para as estacas raiz para o CASO (A) est descrita a seguir:

Equao 2-6 Equao 2-7

Temos que:

Equao 2-8

Onde:

- Esforo resistente de clculo,

- rea de seo transversal de concreto,

- rea da seo da armadura longitudinal de compresso,

- rea da seo transversal da armadura longitudinal de compresso (inferior a 6% da

seo da estaca),

N - carga de compresso,

- resistncia caracterstica da argamassa (20 MPa) ou da nata de cimento (25 MPa),

- resistncia caracterstica do ao (para o ao CA 50A, = 500 MPa).

A NBR 6122/ 1996 no item 7.8.10.3.1 especifica que o consumo de cimento da argamassa

no seja inferior a 600 kg/ m. Ainda neste item, recomenda-se considerar, no clculo acima,

11

para a resistncia da argamassa um valor de compatvel com as tcnicas executivas e de

controle, no superior a 20 MPa.

A norma no recomenda um trao a ser utilizado, pois cada regio deve ter uma dosagem

especfica aos materiais locais, mas quando recomenda um consumo de cimento maior ou

igual a 600 kg/ m, assegura que a argamassa a ser utilizada tenha elevada resistncia

compresso. Entretanto, apesar do alto consumo de cimento a norma deixa clara a falta de

controle no processo executivo, pois limita o valor da resistncia da argamassa (fck) no clculo

a apenas 20 MPa, minorando a possvel contribuio da mesma no funcionamento estrutural

da pea.

Quando as estacas escavadas injetadas utilizam ao com resistncia caracterstica superior a

500 MPa ou percentagem de ao superior a 6%, CASO (B), desprezada a contribuio da

argamassa e neste caso a Equao 2-9 passa a ser:

Equao 2-9

Onde:

- rea da seo da armadura longitudinal de compresso,

N - carga de compresso,

- resistncia caracterstica do ao (para o ao CA 50A, = 500 MPa).

A NBR 6118/ 2007 recomenda que o dimetro dos estribos no deve ser inferior a 5 mm nem

a 1/ 4 do dimetro da barra isolada. O espaamento longitudinal deve ser igual ou inferior ao

menor dos seguintes valores:

200 mm,

Menor dimenso da seo,

para ao CA-50,

O clculo da armadura para uma estaca submetida a uma fora de trao T obtida pela

Equao 2-9 substituindo-se o N por T (carga de trao) e adotando-se para a rea til

das barras calculada com dimetro 2 mm inferior ao dimetro real da barra.

12

A NBR 6122/ 1996 no faz recomendao quanto ao espaamento mnimo entre as estacas,

sendo comum adotar as distncias indicadas na Tabela 2.3, de acordo com Alonso (1996).

Tabela 2.3 - Caractersticas da estaca raiz (Alonso, 1996).

Dimetro final da estaca (mm) 100 120 150 160 200 250 310 410

rea da seo transversal da estaca (cm) 79 113 177 201 380 491 755 1320

Momento de inrcia (cm4) 491 1018 2485 3217 7854 19175 45333 138709

Permetro da estaca (cm) 31 38 47 50 63 79 98 126

Distncia mnima entre eixos (cm) 60 60 60 60 70 80 100 130

Distncia do eixo divisa (cm) 30 30 30 30 30 30 30 30

2.1.3 EXEMPLOS DE OBRAS

Desde maio de 2005 at dezembro de 2006 foi realizada a construo da nova ponte sobre o

Rio das Ostras. A antiga ponte sobre o Rio das Ostras no atendia nova demanda de

transporte. Suas duas pistas de rolamento em apenas um sentido e as caladas com 50 cm de

largura eram, de fato, insuficientes. A nova ponte teve que ser formatada para atender ao

crescente fluxo de veculos e permitir a travessia segura de pedestres e ciclistas, alm de

estabelecer-se como referncia urbana para a cidade (Figura 2.1).

Figura 2.1 - Ponte estaiada sobre o Rio das Ostras no Rio de Janeiro (GRISOLLI, 2007)

13

A ponte estaiada formada por uma estrutura mista, na qual os mastros de concreto

encontram um tabuleiro com vigas longitudinais metlicas e laje em concreto. O comprimento

total do tabuleiro de 66 m e compreende quatro pistas de rolamento e caladas em ambos os

lados, com uma largura total de 22 m. Cada mastro est disposto sobre fundaes do tipo

estaca raiz, de 41cm de dimetro e comprimento mdio de 24 m cada (SAYEGH, 2007).

Outra obra foi a construo do Shopping Bourbon Pompia, com 210 lojas e dez salas de

cinema, situado no cruzamento da Avenida Francisco Matarazzo com a Avenida Pompia, em

So Paulo (Figura 2.2).

Figura 2.2 Fachada do Shopping Bourbon Pompia em So Paulo. (07. JPG, 2008)

Uma obra de reforo estrutural que se pode citar foi a Ponte sobre o Rio Paraguai, no km 733

da BR-070, em Cceres, estado do Mato Grosso, onde foram realizadas fundaes do tipo

estacas raiz (Figura 2.3).

Figura 2.3 Execuo de estaca raiz no reforo de um pilar, ponte sobre o Rio Paraguai. (09.JPG, 2008).

14

Por ltimo, ser exemplificada a obra do Terminal Martimo COPAPE, na Ilha do Barnab

em Cubato, onde as fundaes dos tanques de armazenamento ( devido o solo ser muito

diversificado) tiveram vrios tipos de fundaes. Em um desses tanques foi especificado a

utilizao de estacas raiz, tendo 20m de comprimento em solo e 4m avanados em rocha. A

Figura 2.4 mostra a base de concreto armado executada para a instalao do tanque de

armazenamento.

Figura 2.4 - Base de concreto armado construda para fixao dos tanques de armazenamento na

COPAPE, Ilha do Barnab.

2.1.4 PROCESSO CONVENCIONAL DE EXECUO DA ESTACA RAIZ

A execuo de uma estaca raiz compreende as seguintes etapas executivas: locao,

perfurao, armao, concretagem, extrao do revestimento e injeo de ar comprimido.

2.1.4.1 Locao das estacas

Primeiramente deve-se realizar a locao dos pontos onde sero executadas as estacas.

Locao o processo de transferncia, do projeto para o terreno, de todas as referncias

necessrias construo da obra. Todas as etapas de locao devem ser acompanhadas pelo

engenheiro responsvel, para que no haja desvios e excentricidades no previstas no projeto.

15

2.1.4.2 Perfurao

A escavao das estacas executada atravs de uma perfuratriz rotativa hidrulica ou roto

percussiva. A Figura 2.5 mostra um modelo de perfuratriz.

(a)

(c)

(b)

(d) Figura 2.5 - Perfurao da estaca raiz: (a) lateral esquerda do equipamento, (b) lateral direita do

equipamento, onde fica o painel de comando, (c) circulao de gua no interior do tubo, (d) alguns tipos de coroas de perfurao e extremidades rosqueadas dos tubos metlicos.

16

A perfurao em solo realizada por rotao de tubos com auxlio de circulao de gua, que

injetada pelo interior deles e retorna superfcie entre a face externa do tubo e o solo. Na

extremidade inferior do tubo de revestimento acoplada a coroa de perfurao, ou de haste de

perfurao para facilitar a penetrao, e medida que a perfurao avana devem ser

instalados os tubos de revestimentos metlicos, emendados por rosca, at a profundidade

previamente estabelecida no projeto. Os tubos metlicos so posteriormente recuperados aps

a instalao da armadura e preenchimento do furo com argamassa.

Este tipo de estaca pode ser utilizada em qualquer tipo de terreno; podendo atravessar vrios

tipos de obstculos e ter diferentes inclinaes. Quando a execuo da estaca raiz realizada

em camadas de solo de pouca resistncia sobrejacentes ao topo rochoso, necessrio o

embutimento da estaca em rocha, utilizando-se um sistema de perfurao a roto-percusso

com martelo de fundo (down-the-hole) e bits de vdia, internamente ao tubo de revestimento

no trecho em solo, com dimetro reduzido em rocha. A perfurao em terrenos arenosos,

constitudos de pedregulhos, com presena de mataes, com nvel d'gua elevado,

praticamente impossvel pelos mtodos de perfurao convencionais. Para solucionar o

problema, a FUNDESP (Fundaes Especiais) dispe de martelo down-the-hole tipo Tubex

que reveste o furo simultaneamente perfurao.

O revestimento deve ser instalado preferencialmente em toda a extenso da perfurao, caso

as caractersticas do terreno o permitam, ou pode ser parcial, mas com comprimento que

permita aplicar, com garantia de no ser arrancado, golpes de ar comprimido aps o

preenchimento do furo com argamassa. Neste caso a perfurao abaixo da cota dos tubos

feita tambm por rotao, com auxlio de circulao dgua, utilizando- se uma ferramenta

cortante denominada tricone.

Os resduos da escavao sero transportados para a superfcie pela gua de circulao que

injetada sob presso, de cima para baixo no interior do tubo de revestimento. O retorno de

gua juntamente com o resduo da escavao dar-se- entre o revestimento e a parede do furo,

a qual poder ser coletada em um tanque de decantao, evitando-se o espalhamento da gua

e podendo-se reutiliz-la no prximo furo.

A movimentao da gua no interior do furo determina que o dimetro acabado da estaca seja

sempre maior que o dimetro nominal do instrumento de perfurao. A Tabela 2.4 mostra a

relao entre o dimetro final da estaca raiz e o dimetro externo do tubo de revestimento.

17

Tabela 2.4 - Relao entre o dimetro final da estaca raiz e o tubo utilizado na perfurao (ALONSO, 1996).

Dimetro nominal da estaca raiz (mm) 100 120 150 160 200 250 310 400

Dimetro externo do tubo de revestimento (mm) 89 102 127 141 168 220 273 356

permitida a reutilizao da gua de circulao proveniente do decantador durante a

perfurao. Entretanto, aps atingir a profundidade do projeto, a limpeza final do furo dever

ser executada com o emprego de gua limpa. A limpeza final do furo dar-se- por concluda

quando a gua de circulao retornar superfcie, limpa ou com pouca turbidez. Durante a

fase final de limpeza do furo, a haste de perfurao dever permanecer paralisada.

2.1.4.3 Armadura

Concluda a perfurao da estaca com a inclinao e profundidade previstas (cota de projeto)

deve-se continuar a injetar gua, sem avanar a perfurao, a fim de promover a limpeza do

furo. A seguir deve ser introduzida na parte interna da tubulao a armao da estaca, de

acordo com o especificado pelo projetista. Observa-se na Figura 2.6 o momento de colocao

da armao ao longo do tubo, com o auxlio de um guindaste para o posicionamento no furo.

(a)

(b)

(c) Figura 2.6 (a) modelo de ferragem usualmente utilizada para estaca raiz, (b) Colocao da armao aps

a perfurao, (c) a armao abrange todo o comprimento do fuste .

18

A armao deve ser implantada ao longo de toda a estaca, podendo ter quantidade de ao

transversal varivel de acordo com os esforos atuantes. Nas estacas que tem funcionamento

compresso as emendas das barras podem ser feitas por simples transpasse, devidamente

fretado, porm nas estacas que tem funcionamento trao, as emendas devem ser feitas por

solda, luvas rosqueadas, ou luvas prensadas.

A armadura pode ser constituda por monobarra ou feixe de ao (vrias barras de ao) com

estribo helicoidal formando uma gaiola, no formato de um tubo metlico, ou ainda uma

mescla dessas alternativas. O cobrimento deve ser de mnimo de 2 cm.

2.1.4.4 Preenchimento com argamassa

Concluda a limpeza do furo e a colocao da armadura necessria ao longo da estaca, coloca-

se o tubo (de ao galvanizado, ou PVC rgido) de concretagem at o fundo da perfurao

lanando a argamassa de baixo para cima, garantindo que a gua seja deslocada para fora

sendo simultaneamente substituda pela prpria argamassa.

A concretagem efetuada sob presso, rigorosamente controlada, dependendo do tipo do

solo, profundidade do furo, consistncia do solo, maior ou menor obstruo lateral, etc.

Concluda a injeo da argamassa em toda a seo e extenso da estaca, deve-se iniciar a

retirada dos segmentos de tubos atravs do auxlio de macacos extratores hidrulicos. Nessa

etapa concomitantemente executa-se a injeo de ar comprimido sobre o topo do revestimento

metlico garantindo a integridade do fuste e tambm a perfeita aderncia da estaca com

terreno.

A retirada do revestimento poder ser executada tambm com o prprio equipamento de

perfurao atravs do desrosqueameto dos segmentos de tubos superiores. Conforme se

observa na Figura 2.7.

Essas operaes so repetitivas, e deve-se adicionar argamassa para o completo

preenchimento do tubo, mantendo-se o seu nvel sempre acima da coroa de perfurao.

19

(a)

(b)

Figura 2.7 (a) Preenchimento do furo com argamassa, (b) desrosqueamento e retirada dos tubos.

A presso de ar comprimido aplicada, pode variar de 0,3 MPa at 0,5 MPa, determinada

pela absoro do terreno e serve tambm para evitar a descontinuidade da argamassa injetada.

2.1.4.5 Preparo da cabea da estaca

O excesso de argamassa gerado pelo processo de preenchimento at a superfcie do terreno

dever ser demolido, no mnimo um dia aps a execuo da estaca, utilizando-se marreta e

talhadeira com pequenas inclinaes em relao horizontal, porm mantendo a seo da

estaca perpendicular ao seu eixo.

De acordo com a Associao Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundaes e Geotecnia

(ABEF) a cabea da estaca deve ser embutida no mnimo 5,0 cm dentro do bloco, e acima do

lastro de concreto, assegurando que a estaca ficar devidamente ancorada ao bloco de

fundao (ABEF, 2007).

O uso de estacas raiz uma soluo interessante principalmente nas seguintes situaes: (1)

substituio ou acrscimo das instalaes existentes por novos equipamentos de maior

20

potncia com novos carregamentos. Geralmente estas substituies so executadas nas

proximidades ou no interior de estruturas existentes e no se deve interromper a produo

fabril. (2) estabilizao de grandes mquinas com peas de movimento rpido que apresentam

vibraes elevadas. O uso de estacas raiz, executadas atravs do bloco das fundaes

existentes, modifica a inrcia das fundaes e elimina as vibraes danosas.

A existncia de modernos equipamentos que permitem a execuo de estacas raiz com altas

mdias de produtividade e o uso de cargas de trabalho de at 1600 KN (160 tf), aumentaram

muito a competitividade da estaca raiz em obras normais. Alm disso, esta estaca possui a

vantagem de resistir a cargas de trao muito elevadas, sendo ideal para as fundaes de

vrias obras especiais, desde torres de linha de transmisso at plataformas de petrleo.

Atualmente podemos afirmar que em vrios casos da prtica corrente da engenharia de

fundaes, esse tipo de estaca constitui a melhor opo tcnico-comercial.

Os dimetros e cargas de trabalho normalmente utilizados esto apresentados na Tabela 2.5.

Tabela 2.5 - Carga admissvel relacionado com os dimetros (Brasfond, 2007).

Dimetro (mm) Carga de Trabalho (kN) Perfurao Acabado

82 100 100 101 120 150 114 140 200 127 150 250 140 160 350 168 200 500 220 250 700 275 310 1000 355 400 1300 406 500 1600

Por fim a Figura 2.8 apresenta um fluxograma que descreve as etapas executivas, de acordo

com o tipo de solo, para a execuo de estacas tipo raiz:

21

Figura 2.8 Fluxograma executivo da estaca raiz (ABEF, 2007).

2.2 ARGAMASSAS

A argamassa no estado fresco pode ser considerada uma suspenso aquosa concentrada

composta de partculas slidas (agregados) imersos em um fluido viscoso (pasta cimentcia ou

matriz). A pasta um fluido heterogneo composto de cimento, e gua. Essas partculas

interagem quando em meio aquoso e essas interaes exercem influncia nas propriedades da

composio, tanto em repouso quanto sob fluxo, as quais podem apresentar diferentes

comportamentos reolgicos possveis, na qual esto relacionadas a tenso de escoamento e a

viscosidade com a taxa de cisalhamento.

22

As argamassas devem cumprir diversas funes especficas, possuindo na sua composio

materiais de diversas formas. Tanto as caractersticas dos materiais que so utilizados, quanto

as suas propores, exercem influncias sobre as propriedades das argamassas, sejam no

estado fresco como no estado endurecido. Normalmente depara-se com problemas regionais

de variao dos materiais, uso de traos com propores variveis, inclusive dentro de uma

mesma regio.

Atualmente, cada vez mais discutida, no meio cientfico, a necessidade de uma avaliao

das propriedades das argamassas no estado fresco, a partir de modelos de natureza

quantitativa, que possibilitem uma caracterizao menos emprica de seu comportamento.

A capacidade de uma pasta recentemente misturada de fluir ou ser deformada plasticamente

uma importante propriedade para a tecnologia do concreto. Os termos usuais para estas

propriedades so: consistncia, trabalhabilidade e plasticidade. A trabalhabilidade no pode

ser medida adequadamente de uma maneira quantitativa, pois resulta da combinao de

diversas propriedades intrnsecas e extrnsecas da mistura fresca. Algumas dessas

propriedades podem ser medidas e expressadas numericamente, mas outras no (POPOVICS,

1982).

No estado fresco a mistura deve apresentar trabalhabilidade adequada de acordo com os meios

disponveis para o transporte, lanamento e adensamento, enquanto que, no estado

endurecido, a argamassa deve possuir as caractersticas especificadas no projeto (resistncia,

durabilidade, rigidez, retrao, fluncia, calor de hidratao, permeabilidade, etc.)

compatveis com as solicitaes impostas. Todas essas propriedades exigidas devem ser

conseguidas com o menor custo possvel, para que a obra seja economicamente vivel.

2.2.1 REOLOGIA

Machado (2002) define reologia como sendo a cincia que estuda como a matria se deforma

ou escoa, quando est submetida a esforos originados por foras externas. Neste contexto,

considerando que a matria pode ser classificada como slida, lquida ou gasosa, a

deformao de um slido pode ser caracterizada por leis que descrevem a alterao de seu

volume, tamanho ou forma, enquanto o escoamento de um fluido, lquido ou gs,

23

caracterizado por leis que descrevem a variao contnua da taxa ou grau de deformao em

funo das foras ou tenses aplicadas.

O comportamento reolgico no estado fresco descrito atravs de relaes matemticas entre

a tenso cisalhante aplicada ( ) e sua respectiva deformao ( ), alm de variaes em funo

do tempo no caso do concreto no estado fresco. Para simular situaes reais de seu

comportamento, so utilizadas formulaes tericas baseadas em mtodos empricos que, no

entanto, nem sempre fornecem boa aproximao com os resultados experimentais. Para

minimizar possveis erros destas formulaes, necessrio primeiro entender os mecanismos

que controlam a reologia dos concretos. Em seguida, us-los adequadamente na elaborao

destas formulaes tericas (SILVA, 2004).

A deformao de um corpo pode ser dividida em dois tipos:

deformao espontnea e reversvel, conhecida tambm como elasticidade que ocorre

em slidos;

deformao irreversvel, conhecida como fluxo ou escoamento que ocorre em lquidos

ou gases.

O trabalho usado na deformao de um corpo perfeitamente elstico recuperado quando o

corpo retorna ao seu estado original no deformado, enquanto que o trabalho usado para

manter o escoamento dissipado como calor e no mecanicamente recuperado. A

elasticidade corresponde energia mecanicamente recupervel, e a viscosidade ou resistncia

friccional corresponde energia mecnica convertida em calor (MACHADO, 2002).

Navarro (1997) afirma que nos fluidos todas as deformaes envolvem algum tipo de

escoamento, o que torna seus efeitos totalmente irreversveis, salvo nos casos dos fluidos

viscoelsticos onde parte da deformao pode ser recuperada.

A Figura 2.9 mostra um esquema representativo para a deformao por cisalhamento simples,

o qual foi utilizado por Newton para a elaborao e sua lei para a viscosidade. Assim como o

mdulo o para os slidos, a viscosidade uma propriedade determinante para usos e

aplicaes dos materiais fluidos.

24

Estando o fluido confinado entre as duas placas paralelas e planas, este estar submetido ao

movimento da placa superior em relao inferior que se encontra parada. Este movimento

friccional produz um gradiente para a velocidade do fluido, a qual vai desde zero na interface

com a placa inferior at o valor mximo representado pela velocidade da placa superior.

Figura 2.9 - Fluido viscoso entre placas, cisalhado por uma fora aplicada na placa superior.

Tenso de cisalhamento a fora por unidade de rea cisalhante, necessria para manter

o escoamento do fluido. A resistncia ao escoamento quem solicita esta tenso, que pode ser

expressa por:

Equao 2-10

Onde:

F fora na direo do escoamento;

S rea da superfcie exposta ao cisalhamento;

Taxa de cisalhamento o deslocamento relativo das partculas ou planos de fluido,

sendo definida atravs de uma expresso matemtica que relacione a diferena das

velocidades entre duas partculas ou planos vizinhos com a distncia entre eles.

Equao 2-11

Onde:

- diferena de velocidade entre duas camadas de fluido adjacentes;

- distncia entre duas camadas de fluido adjacentes;

25

Pode-se escrever a seguinte equao constitutiva que caracteriza, de forma geral, o

comportamento dos fluidos:

Equao 2-12

Onde:

- a tenso cisalhante necessria para o fluido iniciar seu escoamento;

- a viscosidade do fluido, definida como a derivada da funo , isto , ;

n - um expoente relacionado ao comportamento do fluido: n < 1 (comportamento

pseudoplstico); n = 1 (comportamento newtoniano) e n > 1 (comportamento dilatante).

A viscosidade ( ) expressa a resistncia do fluido ao escoamento (em situao de fluxo),

podendo ser considerada como o atrito interno, que resulta quando uma pelcula do fluido

forada a mover-se em relao outra adjacente (SOUZA e LARA, 2005).

conveniente descrever o comportamento reolgico de um material graficamente, em um

sistema de coordenadas onde o eixo vertical representa a taxa de fluidez, a taxa de

cisalhamento, ou outras caractersticas relacionadas fluidez, onde o eixo horizontal

representa a fora motora, ou a tenso de cisalhamento, ou outra caracterstica relacionada

causa da fluidez, como pode ser observado pela Figura 2.10, a qual descreve o

comportamento dos fluidos.

Taxa de cisalhamento

Tens

o d

e ci

salh

amen

to

(4)

(2)

(1)(3)

Taxa de cisalhamento

Vis

cosi

dade

(1)(3)

(2)

(4)

(a) Equao do fluxo (b) Curva de viscosidade

Figura 2.10 - Comportamento de fluidos: (1) Fluido newtoniano, (2) Fluido de Bingham, (3) Fluido pseudoplstico e (4) Fluido Dilatante (MACHADO, 2002)

26

2.2.2 CLASSIFICAO DO MODELO REOLGICO

2.2.2.1 Fluidos Newtonianos

So denominados Fluidos Newtonianos todos os materiais que exibem uma relao linear

entre a tenso de cisalhamento e a taxa de cisalhamento (tambm denominada de gradiente de

velocidade), que est demonstrado pela reta 1 na Figura 2.10. Esse tipo de fluido

conhecido como corpo viscoso ideal. Um material de comportamento newtoniano no pode

sustentar deformaes prolongadas, pois essas so aliviadas pelo escoamento.

A inclinao da reta representa a fluidez e o valor recproco da reta o coeficiente de

viscosidade (). Que definido por:

==dxdv Equao 2-13

Onde:

F = fora de cisalhamento (N);

= tenso de cisalhamento (Pa);

= coeficiente de viscosidade (Pa.s);

= variao da velocidade ao longo da camada do fluido;

= taxa de cisalhamento ou gradiente de velocidade (s-1).

A Lei de Newton representa um importante passo para o entendimento do comportamento de

um fluido sob escoamento ocasionado por cisalhamento. Tal modelo impe que a viscosidade

seja apenas mutvel mediante a variao de temperatura e presso.

Segundo BARNES et al. (1989) a viscosidade expressa a resistncia do fluido ao escoamento

devido frico interna que resulta quando uma pelcula do fluido forada a mover-se em

relao outra adjacente. Materiais altamente viscosos possuem um elevado atrito interno,

fluindo com maior dificuldade do que materiais menos viscosos.

27

Muitos fluidos so newtonianos, como por exemplo, a gua, solventes, solues muito

diludas, leos minerais e fluidos de silicone.

2.2.2.2 Fluidos No-Newtonianos

A maioria dos fluidos no obedece ao modelo de Newton, possuindo viscosidade que depende

ou do cisalhamento aplicado ou do tempo de sua aplicao, sendo ento denominada de

viscosidade aparente. A viscosidade aparente obtida atravs da curva gerada pelo grfico

tenso de cisalhamento x taxa de cisalhamento (no-lineares), traando-se uma reta que liga

um ponto particular da curva com a origem, tem-se a inclinao desta reta igual a viscosidade

aparente.

Os fluidos no-newtonianos podem ser divididos em trs grandes classes: os independentes do

tempo, os dependentes do tempo e os viscoelsticos, conforme mostra a Figura 2.11.

Os fluidos independentes do tempo so aqueles cujas propriedades reolgicas no dependem

do tempo de sua agitao ou repouso. A taxa de deformao em qualquer ponto somente

funo da tenso naquele ponto. Os fluidos desta classe esto enquadrados em trs grupos:

fluidos pseudoplsticos e fluidos dilatantes e fluidos de Bingham (ou plsticos).

Figura 2.11 Representao esquemtica dos fluidos no - newtonianos.

Fluidos No - Newtonianos

Independe do tempo

Pseudoplastico

Dilatncia

Bingham ou Viscoplastico

Depende do tempo

Tixotropia

Anti-tixotropia/ reopexia

Viscoelsticos

28

No comportamento Pseudoplstico a viscosidade () do fluido diminui com o aumento da

taxa de cisalhamento, conforme pode ser observado na Figura 2.10 pela curva (3). Em

repouso, estes materiais matm uma certa ordem interna irregular, sendo caracterizados,

portanto, por uma alta resistncia interna contra o fluxo, isto , a sua alta viscosidade. Com o

aumento da taxa de cisalhamento, muitas partculas dispersas, lineares ou laminares alinham-

se na direo do fluxo, isto , paralelamente na direo da fora que o sustenta. Este

alinhamento entre partculas facilitam o deslizamento em fluxo, reduzindo a viscosidade

(MACHADO, 2002).

O comportamento de Dilatncia, ao contrrio da pseudoplasticidade, marcado pelo aumento

da viscosidade () do fluido medida que se eleva a taxa de cisalhamento. O comportamento

tpico de fluidos com alta concentrao de slidos, onde as partculas esto densamente

empacotadas e a quantidade de dispersante suficiente, apenas, para preencher os espaos

vazios entre as partculas. Sob baixas taxas de cisalhamento o dispersante lubrifica as

superfcies das partculas e permite uma fcil mudana posicional. Ento, a pasta comporta-se

como um lquido viscoso. Em altas taxas de cisalhamento, o fluxo do lquido entre os gros

dificultado pelo aumento do nmero de colises entre as partculas causando um ligeiro

acrscimo de volume. Neste caso, a quantidade de pasta insuficiente para ser distribudo

entre todas as partculas dispersas. Uma vez que a quantidade de pasta no suficiente para

preencher todos os espaos interpartculas e man