ESTUDO DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS TUBULARES DE ... · Capacidade de carga a partir do CPT em...

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIS

ESCOLA DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

ESTUDO DA CAPACIDADE DE CARGA DE

ESTACAS TUBULARES DE PONTA ABERTA

EM AREIAS

ISABELLA NUNES DOS SANTOS

YANKO BASTISTA LLOBET

GOINIA

2017

ISABELLA NUNES DOS SANTOS

YANKO BATISTA LLOBET

UM ESTUDO DA CAPACIDADE DE CARGA DE

ESTACAS TUBULARES DE PONTA ABERTA

EM AREIAS

Monografia apresentada na disciplina de Trabalho de Conclu-

so de Curso II do curso de graduao em Engenharia Civil da

Universidade Federal de Gois.

Orientador: Prof. Dr. Maurcio Martines Sales.

GOINIA

2017

I. N. Santos; Y. B. Llobet

No nossa

funo controlar todas as mars do mundo, mas sim

fazer o que pudermos para socorrer os tempos em

que estamos inseridos, erradicando o mal dos cam-

pos que conhecemos, para que aqueles que viverem

depois tenham terra limpa para cultivar. Que tempo

encontraro no nossa funo determinar. J. R. R.

Tolkien

Com grandes

poderes vem grandes responsabilidades.

Stan Lee

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 baco para obteno do fator .......................................................................... 5

Figura 2 - baco para obteno do fator .......................................................................... 5

Figura 3 Esquema demonstrando a formao do Plug do solo. ........................................ 14

Figura 4 Relao Densidade Relativa (Dr) versus NIFR. ................................................... 16

Figura 5 Relao IFR versus PLR para os resultados obtidos na cmara de calibrao. .. 19

Figura 6 Relao entre a capacidade de carga da base e a densidade relativa. ............... 20

Figura 7 Relao entre a capacidade de carga da base e a tenso vertical. ..................... 21

Figura 8 Relao entre a capacidade de carga da base e a tenso horizontal. ................. 21

Figura 9 Relao entre a capacidade de carga do fuste e a densidade relativa. ............... 22

Figura 10 Relao entre a capacidade de carga do fuste e a tenso vertical. .................... 22

Figura 11 Relao entre a capacidade de carga do fuste e a tenso horizontal. ............... 23

Figura 12 Relao entre a capacidade de carga da base e o IFR. .................................... 23

Figura 13 Relao entre a capacidade de carga do fuste e o PLR. ................................... 24

Figura 14 Relao Profundidade de cravao versus tamanho do Plug de solo. ................ 8

Figura 15 Comparao de Estacas de Ponta Fechada com Estacas de Ponta Aberta para

quatro profundidades distintas. .............................................................................................. 9

Figura 16 Grfico IFR versus peso do martelo. ................................................................. 11

Figura 17 Grfico IFR versus energia de cravao. .......................................................... 11

Figura 18 Relao capacidade de carga versus peso do martelo. .................................... 12

Figura 19 Relao capacidade de carga versus energia de cravao. ............................. 12

Figura 20 Esquema das estacas juntamente com o CPT do estudo de caso em Tquio. . 27

Figura 21 - Esquema da estaca com medidas em milmetros do estudo de caso em

Lagrange. ............................................................................................................................ 28

Figura 22 Esquema das trs estacas do estudo de caso no Porto de Kwangyang............ 28

Figura 23 - Capacidade de carga para a Estaca 1 .............................................................. 30

Figura 24 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 1 ........................................... 30

Figura 25 - Capacidade de carga para a Estaca 2 ............................................................... 31

Figura 26 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 2 ........................................... 31

Figura 27 - Capacidade de carga para a Estaca 3 ............................................................... 32

Figura 28 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 3 ........................................... 32

Figura 29 - Capacidade de carga para a Estaca 4 ............................................................... 33

Figura 30 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 4 ........................................... 33

Figura 31 - Capacidade de carga para a Estaca 5 ............................................................... 33

Figura 32 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 5 ........................................... 34

Figura 33 - Capacidade de carga para a Estaca 6 ............................................................... 34

Figura 34 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 6 ........................................... 34

Figura 35 - Capacidade de carga para a Estaca 4, desconsiderando o mtodo de Salgado 35

Figura 36 - Capacidade de carga para a Estaca 5, desconsiderando o mtodo de Salgado 35

Figura 37 - Capacidade de carga para a Estaca 6, desconsiderando o mtodo de Salgado 36

Figura 38 Erros mdios para cada mtodo de clculo do estudo em questo. .................. 37

Figura 39 - Erros mdios para cada mtodo de clculo do estudo em questo,

desconsiderando o mtodo de Salgado. .............................................................................. 37

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Valores recomendados para a aderncia (VELLOSO, 2010), para a tenso

horizontal e para o ngulo de atrito entre materiais. .............................................................. 6

Tabela 2 Coeficiente de empuxo para os tipos de solo. (Schnaid, 2000) ............................ 8

Tabela 3 Resistncia de base das estacas de ponta aberta e fechada do estudo. ........... 15

Tabela 4 Caracterizao geomtrica das estacas. ............................................................ 27

Tabela 5 Erro mdio dos 6 mtodos utilizados .................................................................. 36

SUMRIO

CAPTULO 1 INTRODUO ................................................................................................ 1

1.1. Problema ..................................................................................................................... 2

1.2. Justificativa ................................................................................................................. 3

1.3. Objetivos gerais .......................................................................................................... 3

1.4. Objetivo especfico ...................................................................................................... 3

CAPTULO 2 REVISO BIBLIOGRFICA ........................................................................... 4

2.1. Mtodos clssicos para o clculo da capacidade de carga ......................................... 4

2.1.1. Mtodo de Meyerhof ................................................................................................ 4

2.1.2. Mtodo de Dcourt-Quaresma................................................................................. 7

2.2. Mtodos que consideram a formao do plug no interior da estaca .......................... 13

2.2.1. Capacidade de carga a partir do CPT em areias ................................................... 13

2.2.2. Capacidade de carga por meio de equaes empricas ........................................ 19

2.3. Influncia da formao do plug na resistncia das estacas ......................................... 8

CAPTULO 3 METODOLOGIA ............................................................................................ 26

CAPTULO 4 ANLISE DOS RESULTADOS ..................................................................... 30

4.1. Anlise Grfica .......................................................................................................... 30

4.2. Anlise estatstica ..................................................................................................... 36

CAPTULO 5 CONCLUSO ................................................................................................ 39

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................... 40

CAPTULO 1 INTRODUO

As estruturas de fundaes so elementos de grande importncia nas obras de construo

civil, sendo responsveis pela transmisso de todo o carregamento da estrutura para o solo.

De forma geral, as fundaes podem ser divididas em rasas ou profundas, em funo da

forma como carregamento transmitido.

As fundaes rasas (Sapatas, Radiers e Blocos simples, por exemplo) trabalham com a

compresso do solo sob a sua rea, enquanto as profundas (Estacas e Tubules) trabalham

com uma associao entre o atrito entre o solo e a rea lateral das peas e a compresso

do solo pela rea da ponta dos elementos. (NBR 6122/10)

Este trabalho foca no estudo das estacas, elementos que se distinguem dos tubules no fato

de que durante o seu processo executivo no existe a descida de operrios durante a sua

instalao. Elas podem ser classificadas quanto movimentao de solo gerada durante

seu processo de construo em de deslocamento (as estacas cravadas empurram o solo

ao redor do furo) ou de substituio (estacas escadas, nas quais o solo retirado, de for-

ma geral alterando as tenses horizontais da regio em torno da pea). (VELLOSO; LOPES,

2010)

As estacas permeiam a histria da construo civil, desde o incio da humanidade. Existem

registros de estacas utilizadas para suportar estradas no perodo romano, de palafitas cons-

trudas durante a pr-histria e de estacas utilizadas nas fundaes de pontes por Vitruvius,

autor daquele que considerado o primeiro texto terico de arquitetura ocidental (De Archi-

tecture Libri Decem). (STRAUB, 1964 apud VELLOSO; LOPES, 2010)

So inmeros os tipos de estacas que podem ser utilizados, que devem ser escolhidos no

apenas em funo da capacidade de carga da fundao, mas tambm em funo de outros

fatores como o recalque que a estaca sofrer ao ser carregada ou a viabilidade tcnica e

econmica da execuo desse tipo de estaca. notria a maior facilidade de cravao de

uma estaca metlica de perfil I do que a cravao de uma estaca macia de concreto, o

que numa regio metropolitana pode evitar inmeros transtornos, como diminuir o tempo de

instalao da pea e o rudo produzido durante este processo, por exemplo.

Um tipo de estaca que tem sido utilizado em indstrias offshore, so as estacas tubulares de

ponta aberta, que dentre outros fatores, so competitivas em relao s outras fundaes

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 2

I. N. Santos; Y. B. Llobet

por apresentarem um menor peso prprio em relao estacas de mesma dimenso, como

estacas tubulares fechadas, tipo Franki, de concreto entre outras, o que facilita no processo

de deslocamento e cravao de tais peas (como as de perfil I acima citadas), alm do fato

de que durante a sua cravao alteram em menor escala elementos como o estado de ten-

ses e a densidade natural do solo. (SALGADO et al.,2003)

Conquanto, ao se analisar pelos mtodos clssicos de clculo da capacidade de carga axial

de estacas como os Mtodos de Meyerhof e Dcourt-Quaresma, as estacas de ponta aber-

ta, apresentam menor resistncia de ponta e a mesma resistncia lateral, do que as estacas

de ponta fechada de mesmas dimenses. Quanto resistncia lateral pode-se comentar

que isso no est correto, pois mesmo com o fato de ambas serem estacas de desloca-

mento a tenso horizontal que elas geram no solo so diferentes devido s diferentes quan-

tidades de solo deslocado por elas, todavia as consideraes dos mtodos acabam mino-

rando as contribuies laterais, gerando um nico resultado visando a segurana. E quanto

resistncia de ponta, deve-se analisar que essa calculada em funo da rea da ponta

nos mtodos citados, como a rea das estacas de ponta aberta menor, a resistncia defi-

nida por aqueles mtodos acaba sendo menor do que a obtida para as de ponta fechada.

Porm, durante a cravao de estacas tubulares de ponta aberta, pode ocorrer a formao

de um Plug de solo no interior delas, situao denominada de embuchamento da estaca.

Esse Plug pode contribuir com a resistncia de ponta desses elementos de fundaes ao

mobilizar atrito entre ele a parede interna da estaca. Os mtodos clssicos no estimam a

contribuio desse Plug, diminuindo as vantagens da utilizao de estacas de ponta aberta,

em relao s de ponta fechada, contudo a contribuio dele pode ser de grande valia para

aumentar a utilizao de tais estruturas de fundao. Este trabalho visa comparar mtodos

que consideram a contribuio deste Plug, com mtodos clssicos, demonstrando a viabili-

dade de utilizao de Estacas de Ponta Aberta como soluo de fundao.

1.1. PROBLEMA

A utilizao de estacas como soluo de fundaes algo corrente na Engenharia Civil.

Contudo, situaes como rudos excessivos gerados durante a instalao das estacas e

outros problemas relacionados dificuldade de instalao da mesma em algumas situaes

dificultam a execuo delas. Diante desta situao, surgem as estacas de ponta aberta, que

por apresentarem o seu ncleo vazado, apresentam caractersticas que a tornam vantajosa,

a exemplo a sua maior facilidade de cravao e menor recalque ao qual ela est submetida

quando contrastada com outros tipos de estacas.

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 3

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Entretanto, esse tipo de estaca, ao ser dimensionada pelos mtodos clssicos, apresenta

menor capacidade de carga que uma estaca de Ponta fechada de mesmas dimenses. Isso,

devido no considerao do atrito entre a parede Interna da Estaca e o Plug de solo. Se-

gundo estudo de Salgado et al. (2003), para estacas de maiores comprimentos, a resistn-

cia do fuste se torna preponderante em relao resistncia de ponta, aproximando a resis-

tncia total dos dois tipos de estaca.

Este trabalho compara mtodos j estabelecidos para o Clculo da carga ltima de estacas,

com mtodos que consideram a contribuio do Plug.

1.2. JUSTIFICATIVA

Diante da possibilidade de utilizar uma soluo de fundaes em estacas que apresente

maior praticidade de execuo interessante comprovar a eficincia de sua capacidade de

carga. E justamente isso que este trabalho busca fazer. Explorar parte da literatura j de-

senvolvida sobre estacas, e comprovar a eficcia da utilizao das estacas de ponta aberta.

1.3. OBJETIVO GERAL

Este trabalho visa estudar a contribuio para a capacidade de carga da formao do Plug

no interior de estacas de ponta aberta em solos arenosos.

1.4. OBJETIVOS ESPECFICOS

Estudo de mtodos de estimativa da capacidade de carga de estacas tubulares de ponta

aberta em areias que consideram a formao do Plug de solo no interior das mesmas, bem

como a comparao destes mtodos entre si.

CAPTULO 2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1. MTODOS CLSSICOS PARA O CLCULO DA CAPACIDADE

DE CARGA

Ao longo da histria inmeros estudiosos desenvolveram mtodos para analisar a capacida-

de carga de estacas, 2 mtodos j completamente absorvidos pela comunidade de projetis-

tas so os mtodos de Meyerhof e Dcourt-Quaresma.

2.1.1. Mtodo de Meyerhof

De acordo com (VELLOSO; LOPES, 2010) e (DAS, 1999) Meyerhof (1951), assim como

Terzaghi (1943), utilizaram a teoria da plasticidade para desenvolver um mtodo para esti-

mar a capacidade de ruptura de fundaes. Entretanto, aquele ao contrrio deste no des-

prezou os efeitos do cisalhamento do solo acima do nvel da fundao para apresentar a

seguinte equao para clculo da capacidade de carga de ponta de fundaes:

= +

2 (1)

sendo:

Nc e Nq: parmetros obtidos nos bacos das ura 1 e Figura 2

: coeficiente de empuxo do solo na regio da base da fundao, o qual pode ser aproxi-

mado para o coeficiente de empuxo esttico 0

q: o carregamento do peso prprio do solo na altura da base da fundao

: carga de ponta ltima da estaca

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 5

I. N. Santos; Y. B. Llobet

ura 1 baco para obteno do fator

Figura 2 - baco para obteno do fator

Onde:

: inclinao da superfcie livre equivalente

: ngulo de atrito do solo

m: grau de mobilizao da resistncia do solo ao cisalhamento ao longo da superfcie livre

equivalente

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 6

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Para a estimativa da resistncia lateral pode-se dividir o solo, no qual a estaca ser execu-

tada, em camadas, e calcular a parcela de atrito lateral nessa camada pela seguinte frmu-

la:

= + tan (2)

sendo:

a: aderncia entre a estaca e o solo;

h: tenso horizontal efetiva agindo no ponto mdio da espessura da camada;

: ngulo de atrito entre a estaca e o solo.

As trs variveis da Equao (2) so dependentes do processo de execuo das estacas,

sendo ento necessrio medir ou prever estes valores para se pode estimar a resistncia da

estrutura. A Tabela 1 apresenta consideraes para elas, Velloso et al. (2010):

Tabela 1 Valores recomendados para a aderncia (VELLOSO, 2010), para a tenso horizontal e

para o ngulo de atrito entre materiais.

Parmetros Estacas de

substituio

Estacas de

deslocamento

2

3

=

tan 2

3tan = tan

Sendo:

c: coeso do solo

: ngulo de atrito do solo

: coeficiente de empuxo, aproximadamente igual ao valor do coeficiente de empuxo do

solo em repouso 0

: tenso vertical efetiva

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 7

I. N. Santos; Y. B. Llobet

2.1.2. Mtodo de Dcourt-Quaresma

Este mtodo ao contrrio do Mtodo de Meyerhof, no foi determinado a partir da definio

de um modelo matemtico para o comportamento do solo, suas equaes foram definidas

empiricamente a partir de experincias de campo. Inicialmente, foi apresentado (DCOURT,

1982) para fundaes em estacas pr-moldadas, ou seja, estacas de deslocamento, po-

dendo-se ento estender a sua soluo para outros deste tipo. Ele utiliza de valores obtidos

pelo ensaio S.P.T. (Standard Penetration Test) para obter uma estimativa da capacidade de

carga lateral e de ponta da estaca. (VELLOSO et al., 2010)

A Resistncia Lateral obtida a partir da seguinte equao:

= 10 (

3+ 1) (3)

sendo:

: a mdia dos valores de ao longo da estaca, excetuando o valor na profundidade da

base e um metro acima desta.

: parcela de resistncia de atrito lateral, em kPa.

A resistncia de ponta obtida a partir da equao abaixo:

qP = kN (4)

sendo:

qp: Resistncia de ponta da estaca.

N: a mdia dos valores de um metro acima da base da estaca, na profundidade da

base e um metro abaixo.

k: coeficiente retirado da Tabela 2 obtida de Schnaid (2000)

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 8

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Tabela 2 Coeficiente de empuxo para os tipos de solo. (Schnaid, 2000)

Tipo de Solo na Base da Estaca em kPa

Argilas 120

Silte Argilosas 200

Silte Arenoso 250

Areias 400

2.2. INFLUNCIA DA FORMAO DO PLUG NA RESISTNCIA

DAS ESTACAS

Salgado et al. (2003) determinaram em seus estudos os seguintes fatores como sendo os

principais responsveis pela formao ou no do Plug no interior das estacas:

a) Profundidade de cravao

Em ensaios de campo realizados em uma das margens do Rio Pigeon em Indiana nos Es-

tados Unidos, percebeu-se que com o aumento da profundidade de Cravao, o comprimen-

to do Plug tende a aumentar e este tende a se consolidar. Os resultados, por eles obtidos,

esto apresentados na Figura 3.

Figura 3 Relao Profundidade de cravao versus tamanho do Plug de solo.

Pro

fundid

ade d

e c

ravao

(m

)

Tamanho do Plug do solo (m)

IFR Tamanho do Plug de solo

Baixa (Dr=30%)

Alta

(Dr=80%)

----

IFR

medid

o (

%)

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 9

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Outro resultado obtido por Salgado et al. (2003) est representado na Figura 4, a qual apre-

senta as Curvas da Resistncia de Ponta de 36 estacas de ponta aberta e fechada, crava-

das em cmaras de calibrao. Nessa Figura pode-se perceber que com o aumento da pro-

fundidade a resistncia de ponta de ambas os tipos de estacas se aproximam, confirmando

a teria de que com a continuidade da cravao o Plug tende a se consolidar.

Figura 4 Comparao de Estacas de Ponta Fechada com Estacas de Ponta Aberta para quatro

profundidades distintas.

b) Dimenses da parede interna da estaca

Segundo Salgado et al. (2003), quanto menor a espessura da parede maior facilidade o Plug

ter para se formar.

c) Densidade relativa dos Gros do solo

Tambm denotou em seus estudos, Salgado et al. (2003) que a formao do Plug tem uma

relao intrnseca com o grau de densificao de areias, medido a partir do parmetro ,

denominado densidade relativa do solo.

Quando a cravao ocorre em solos de baixa densidade o solo tende a se contrair, facilitan-

do a formao do Plug, aumentando a resistncia da estaca, e quando a cravao ocorre

em situaes contrrias, o Plug se forma com maiores dificuldade devido tendncia do

solo em se dilatar.

A Figura 3, comprova tal teoria ao mostrar a taxa de crescimento do Plug diminuir quando a

estaca adentra uma regio mais densa de solo.

Base: Estacas de ponta fechada Base: Estacas de ponta aberta

Recalque (mm) Recalque (mm)

Profundidade (mm) Profundidade (mm)

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 10

I. N. Santos; Y. B. Llobet

d) Modo de instalao da estaca

Devido a sua facilidade de instalao ou baixa resistncia cravao, as estacas tubulares

abertas so amplamente utilizadas, no s no mbito terrestre como martimo.

Salgado et al. (2004) realizaram ensaios em estacas pr-fabricadas a fim de investigar o

efeito do mtodo de cravao das estacas na capacidade de cargas e parmetros de pene-

trao dessas estacas.

No estudo em questo tambm foi investigada a influncia do fator rudo no em relao ao

mtodo de instalao, para isso tambm foi includa uma estaca macaqueada nos testes,

para fins de comparao, e foi verificada que ela tem maior capacidade de carga do que as

outras estacas em condies idnticas, principalmente devido maior capacidade de embu-

chamento proporcionado justamente por causa do seu processo de cravao.

Nos ensaios diante do aumento do peso do martelo para a mesma energia de cravao e do

aumento do peso do martelo na mesma altura de queda foram obtidas as seguintes consta-

taes:

Diminuio do IFR;

Diminuio dos golpes necessrios para cravao.

J em relao s parcelas de resistncia, pode-se observar um aumento das capacidades

de carga da base e do fuste para:

A energia de cravao diminui;

medida que o peso do martelo aumenta para a mesma energia de cravao.

Para demonstrar as concluses dos ensaios realizados por Salgado et al. (2004), foram plo-

tados grficos resultantes dos testes realizados nos modelos de estacas, na Figura 16 em

questo, foi demonstrada a relao entre o IFR e o peso do martelo, e tambm com a ener-

gia de cravao.

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 11

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 5 Grfico IFR versus peso do martelo.

Figura 6 Grfico IFR versus energia de cravao.

E tambm respectivamente para mesma energia de cravao, e para uma mesma altura de

queda e profundidade de penetrao de 800 mm para um modelo especfico de estaca no-

meado de W2H50.

Estacas cravadas

Estacas macaqueadas

Profundidade= 400mm

Profundidade= 800mm

Energia de cravao = 9,8 J

Peso do Martelo (N)

Estacas cravadas

Profundidade= 400mm Profundidade= 800mm

Estacas macaqueadas

Altura de queda= 500mm

Energia de Cravao (J)

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 12

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 7 Relao capacidade de carga versus peso do martelo.

Figura 8 Relao capacidade de carga versus energia de cravao.

Em geral pode-se afirmar com os resultados dos ensaios que os mtodos de clculo da ca-

pacidade da estaca baseando-se exclusivamente na IFR so insuficientes. E que mtodos

melhorados, que relacionam fatores adicionais tais como a profundidade de penetrao,

densidade relativa inicial, ou altura do Plug do solo, so necessrios.

Energia de cravao = 9,8 J

Peso do Martelo (N)

Ca

pa

cid

ade

d

e

ca

rga

do

m

od

elo

de

esta

ca

W2

H5

0 n

orm

aliz

ado

s

Qtotal Qbase Qfuste

Energia de Cravao (J)

Altura de queda= 500mm

Estacas cravadas Estacas macaqueadas

Qtotal

Qbase

Qfuste

Cap

acid

ade

d

e

ca

rga

d

o

mo

de

lo

de

esta

ca

W2

H5

0

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 13

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Tambm se pde concluir que a superioridade da estaca macaqueada Jacked Pile em re-

lao sua capacidade de suporte pode ser atribuda ao fato de que a mesma chega uma

estaca definido como totalmente conectada ao solo, em que IFR = 0. E que a estaca crava-

da no chegar a esse estado justamente por causa de seu processo de cravao, e aco-

modao das partculas de solo em relao a esse tipo de instalao.

Partindo-se das concluses obtidas com esses testes, percebe-se que o processo de crava-

o est intimamente ligado a um possvel aumento de capacidade de carga da estaca, j

que contribui fortemente para a quantificao do Plug formado no interior da estaca.

Alm de que os resultados sugerem que o uso do martelo mais pesado com energia de cra-

vao constante leva a uma maior capacidade da estaca, menor tempo de instalao, e me-

nor nvel de rudo durante a mesma. O que deveria ser considerado em projetos de enge-

nharia, trazendo muitos benefcios tcnicos e econmico.

2.3. MTODOS QUE CONSIDERAM A FORMAO DO PLUG NO

INTERIOR DA ESTACA

2.3.1. Capacidade de carga a partir do CPT em areias

O comportamento da resistncia das estacas de ponta aberta varia de acordo com o nvel

de consolidao do Plug no interior da estaca. Durante uma cravao podem ocorrer trs

situaes: a no formao de Plug (a resistncia de base se d pela regio anular da pon-

ta), a formao completa do Plug (situao na qual a resistncia interna passa a contribuir

para a resistncia de base, tornando o comportamento da estaca similar ao das estacas de

ponta fechada) e uma situao intermediria onde o Plug j se formou, contudo o atrito entre

ele e a parede interna da estaca no capaz de impedir a continuidade da entrada de solo,

contribuindo dessa forma com a resistncia de ponta, mas no igualando essa resistncia

com a das estacas de ponta fechada.

A Figura 9, representa a formao do Plug durante o processo de instalao da estaca.

sendo:

1 e 2: profundidade de instalao da estaca antes e depois de um estgio de instalao

da estaca

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 14

I. N. Santos; Y. B. Llobet

1 e 2: comprimentos de Plug j formado

e : acrscimos na profundidade de instalao da estaca e do comprimento do Plug,

respectivamente

Figura 9 Esquema demonstrando a formao do Plug do solo.

Em Salgado et al. (2003), foi apresentado um parmetro denominado IFR (Incremental filling

ratio), o qual relaciona a variao no comprimento do Plug com o deslocamento da estaca

durante o seu processo de cravao. O IFR pode ser definido pela equao:

=

100(%) (5)

sendo:

: o incremento no comprimento do Plug durante a cravao da estaca

: o incremento na profundidade de cravao da estaca

Onde as situaes do Plug totalmente formado e do no incio de formao dele, correspon-

dendo a um IFR de 0% e 100%, respectivamente.

Salgado et al. (2003) perceberam na sua anlise de experimentos em estacas de ponta

aberta, tanto em cmaras de calibrao como em tamanho real, que a contribuio de resis-

tncia fornecida pelo Plug inversamente proporcional ao aumento do IFR e da Densidade

relativa do solo.

De posse de seus resultados, pode-se obter a Tabela 3 com a qual tendo valores para a

densidade relativa do solo na regio, o IFR da estaca, os valores de (Resistncia pene-

trao do cone, obtida pelo ensaio CPT) pode-se estimar a capacidade de carga das esta-

cas de ponta aberta.

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 15

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Tabela 3 Resistncia de base das estacas de ponta aberta e fechada do estudo.

Estacas/Parmetros (%) IFR

(%)

Resistncia de

Base

normalizada

qb/qc

Resistncia lateral nor-

malizada

qs/qc

Estacas de Ponta Fe-

chada

30 - 0,60 0,004 0,006

50 - 0,56 0,004 0,006

70 - 0,50 0,004 0,007

90 - 0,42 0,004 0,009

Estacas de Ponta Aber-

ta

- 40 0,60 0,0015 0,003

- 60 0,40 0,0015 0,003

- 80 0,27 0,0015 0,004

- 100 0,20 0,0015 0,004

sendo:

qc: valores de resistncia penetrao do cone (ensaio CPT)

qb: tenso normal na base estaca

qs: tenso cisalhante na lateral da estaca

Apesar do IFR ser necessrio para estimar a capacidade de carga das Estacas de Ponta

Aberta, ele s pode ser medido aps a cravao da estaca. Por conseguinte, necessrio

estimar um valor para ele. Salgado et al. (2003) tambm determinaram um mtodo de se

estimar tal parmetro.

Novamente a partir dos resultados obtidos em sua pesquisa em cmaras de calibrao e na

estaca de campo, eles perceberam que a formao do Plug afetada por dois tipos de vari-

veis: variveis geomtricas (dimetro interno e a profundidade de cravao da estaca) e

varivel geotcnica (a densidade relativa do solo). A Figura 10, apresenta um grfico mon-

tado com os valores normalizados de IFR por Salgado et al (2003) com a eq. (7).

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 16

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 10 Relao Densidade Relativa (Dr) versus NIFR.

=(%)

(7)

sendo:

=

(8)

: o parmetro IFR normalizado

: Profundidade Normalizada.

A partir da Figura 4, ento pode-se estimar o valor de IFR, antes da instalao da estaca, a

partir do va

Alm do mtodo desenvolvido por Salgado et al. (2003), existem dois novos mtodos resul-

tantes baseados no CPT que levam em conta o efeito do desgaste por atrito resultante da

cravao da estaca. Esses mtodos foram utilizados no estudo de Feng et al. (2011) na

comparao visando aprimorar sua prpria metodologia em um estudo de caso em Tquio.

Os dois mtodos so o Imperial College Pile (ICP) (Jardine et al. 2005) e o University of

Western Australia (UWA) (Lehane et al. 2005), o terceiro mtodo foi uma abordagem modifi-

cada por Feng et al. (2011), uma soluo que correlaciona o volume de solo deslocado cau-

sado pela cravao da estaca ao grau de obstruo do solo, o mtodo UWA introduz o ndi-

ce IFR e o critrio de ruptura de Coulomb. As equaes (9) e (12) a seguir so respectiva-

mente do mtodo ICP e UWA para obteno da capacidade de carga na base da estaca:

Carga em Campo

IFR

e N

IFR

norm

aliz

ados

Densidade Relativa, Dr.

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 17

I. N. Santos; Y. B. Llobet

= 0,029(0

)0,13[max(

, 8)]0,38 +

(9)

sendo:

0 : presso de sobrecarga local efetiva antes da cravao da estaca;

: presso atmosfrica de 100kPa;

: distncia do nvel observado a partir do topo da estaca;

: raio equivalente da estaca dado por 0,5 (2 2) 2 , D e d so respectivamente o di-

metro externo e interno da estaca;

: resistncia de ponta do cone;

: ngulo de atrito de um volume constante na interface solo/estaca;

: Variao do aumento da carga esttica calculada atravs da equao abaixo:

=

4

(10)

: Deslocamento radial desenvolvido dentro da zona de cisalhamento interface estaca-solo

durante o carregamento.

: Mdulo de cisalhamento do solo que pode ser empiricamente determinado a partir da

resistncia de ponta do cone CPT, expresso na equao abaixo:

= 185(

)0,7

(0

)

0,35 (11)

Ento a resistncia da base pode ser calculada por:

= 0,03[1 (d

)

2]0,3[max(

, 2)]0,5 +

(12)

sendo:

: Dimetro interno da estaca.

: Dimetro externo da estaca.

As melhorias feitas por Feng et al. (2011) puderam explicar a influncia do grau de obstru-

o, que um ponto importante para anlises de estacas tubulares de ponta aberta.

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 18

I. N. Santos; Y. B. Llobet

O mtodo UWA desenvolvido com base no mtodo ICP. Eles so semelhantes em muitos

aspectos, mas o mtodo UWA foi desenvolvido para estacas martimas cravadas na areia.

Segundo Schneider et al. (2008) em geral, resultados semelhantes so obtidos pelos dois

mtodos, e a curva do mtodo ICP se enquadra na gama do mtodo UWA, que capaz de

considerar o efeito do grau de obstruo. Estudos de banco de dados mostram que o mto-

do UWA obtm o melhor acordo com os dados de campo junto aos mtodos baseados em

CPT adotados pelo American Petroleum Institute.

Como foi dito anteriormente, o efeito do plugue do solo formado na cravao de estacas

tubulares de ponta abertas ocasiona um menor deslocamento radial do solo do que uma

estaca de ponta fechada. Esse grau de obstruo foi amplamente estudado por Feng et al.

(2011) e implantada em sua abordagem modificada, em que utilizou o Mtodo UWA que

introduz o ndice IFR, que representa a taxa incremental de solo dentro da estaca com o

critrio de falha de Coulomb, mostrado na equao (13) :

= 0,030,3 (

L

)

0,5(1 )0,5 0,021

0,3 (13)

sendo:

: Tenso radial efetiva.

: Razo de compresso do solo calculada pela seguinte equao:

= 1 (d

)

2> 0 (14)

: (0 1) Fator que significa o nvel do fundo do mar, computado como em que L

o comprimento da estaca.

Com uma nova considerao e modificando algumas j feitas no mtodo UWA, Feng et al.

(2011) desenvolveu a equao abaixo para o clculo da capacidade de carga da base:

= dLtan ( +

)1

0 (15)

sendo:

: variao do aumento da carga esttica calculada atravs da equao abaixo:

=

4

(22)0,5 (16)

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 19

I. N. Santos; Y. B. Llobet

2.3.2. Capacidade de carga por meio de equaes empricas

Salgado et al. (2003) desenvolveram ensaios para comprovao da influncia do IFR na

capacidade de carga de estacas tubulares abertas, os ensaios realizados em cmara de

calibrao, mostraram resultados satisfatrios acerca dessa relao. Atravs desses ensai-

os, foi possvel estimar equaes que quantificam a capacidade de carga da base e do fus-

te, atravs do IFR e do PLR.

O PLR a relao de comprimento do Plug e profundidade de penetrao, dada pela

equao abaixo:

=

D (7)

O PLR e o IFR foram respectivamente relacionados capacidade de carga do fuste e da

base, e atravs relao emprica foi possvel obter uma equao para o clculo do IFR atra-

vs do PLR:

= 109PLR 22 (8)

Figura 11 Relao IFR versus PLR para os resultados obtidos na cmara de calibrao(Salgado et

al, 2003).

ABB

AMB

AAB

AAM

AAA

BAB

MAB

A: Alto M: Mdio B: Baixo

Respectivamente Dr, v e h.

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 20

I. N. Santos; Y. B. Llobet

No grfico, as siglas A, M e B querem se referir respectivamente a alto, mdio e baixo, que

so dispostas em conjuntos relativos a trs parmetros do solo, que nesta ordem so densi-

dade relativa, tenso vertical e tenso horizontal.

Esta equao subestima ligeiramente o IFR para os valores PLR superior a 0,8 e o sobreva-

loriza ligeiramente para os valores de PLR inferior a 0,7. E em geral, sabe-se que o IFR

melhor parmetro de grau de embuchamento do solo do que o PLR (Paikowsky et al., 1989;

Paik and Lee, 1993).

Todavia, mais fcil estimar o PLR no campo do que o IFR, por isso pode-se utilizar a

equao (8) para estimar o mesmo atravs do PLR.

2.3.2.1. Parmetros que influenciam a resistncia da estaca em areia

Atravs dos ensaios realizados por Salgado et al (2003) foi possvel comprovar que a resis-

tncia aumenta com o aumento da densidade relativa e com o aumento da tenso horizon-

tal, mas quase indiferente a tenso vertical. Isso ser observado tanto para resistncia de

base quanto para resistncia do fuste em quatro profundidades diferentes na Figura 4:

Figura 12 Relao entre a capacidade de carga da base e a densidade relativa (Salgado et al,

2003).

Profundidade= 250mm

Profundidade= 420mm

Profundidade= 590mm

Profundidade= 760mm

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 21

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 13 Relao entre a capacidade de carga da base e a tenso vertical (Salgado et al, 2003).

Figura 14 Relao entre a capacidade de carga da base e a tenso horizontal.

Profundidade= 250mm Profundidade= 420mm Profundidade= 590mm Profundidade= 760mm

Profundidade= 250mm Profundidade= 420mm Profundidade= 590mm Profundidade= 760mm

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 22

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 15 Relao entre a capacidade de carga do fuste e a densidade relativa.

Figura 16 Relao entre a capacidade de carga do fuste e a tenso vertical.

Profundidade= 250mm Profundidade= 420mm Profundidade= 590mm Profundidade= 760mm

Profundidade= 250mm Profundidade= 420mm Profundidade= 590mm Profundidade= 760mm

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 23

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 17 Relao entre a capacidade de carga do fuste e a tenso horizontal.

Atravs dos grficos 6, 7, 8 e 9, 10, 11 pode-se ter um embasamento do que ser pertinente

na quantificao da capacidade de carga da base e do fuste respectivamente, alm claro

da considerao do embuchamento que mostrada a seguir.

2.3.2.2. Equaes da capacidade de carga considerando o embucha-

mento

Depois dos ensaios realizados acima e obteno dos resultados que mostram os parme-

tros que interferem diretamente nas parcelas de resistncia da estaca, pode-se aferir as

equaes para quantificar as resistncias de base e fuste.

Para a determinao da parcela da base, foi construdo um grfico representado na figura

12 da capacidade de carga da base versus IFR, mostrado abaixo:

Figura 18 Relao entre a capacidade de carga da base e o IFR.

Profundidade= 250mm Profundidade= 420mm Profundidade= 590mm Profundidade= 760mm

ABB

AMB

AAB

AAM

AAA

BAB

MAB

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 24

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Com os resultados obtidos, Salgado et al. (2003) formularam a equao cuja relao entre

IFR e capacidade de carga da base, e o valor da mesma seria estimada atravs de:

,

= 326 295

(%)

100 (10)

sendo:

qb,f : Capacidade de carga da base

: fator que muda de acordo com a caracterstica da areia.(uma funo da densidade relati-

va foram obtidos a partir de testes em cmaras de calibrao como igual a 1,0 para as arei-

as densas, 0,6 para as areias mdias e 0,25 para as areias fofas).

h: Tenso efetiva horizontal.

Tambm para a resistncia do fuste, foi plotado o grfico PLR versus capacidade de carga

do fuste, pde-se observar o comportamento da resistncia em funo do PLR no grfico:

Figura 19 Relao entre a capacidade de carga do fuste e o PLR.

E dessa mesma forma pode-se estimar a equao para resistncia do fuste:

fso,f

(K0vtanc)= 7,2 4,8 (11)

sendo:

fso,f: a capacidade de carga do fuste.

ABB

AMB

AAB

AAM

AAA

BAB

MAB

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 25

I. N. Santos; Y. B. Llobet

K0: coeficiente de empuxo.

v: tenso vertical efetiva.

c: ngulo de atrito entre a estaca e o solo.

: fator de correo funo da densidade relativa. (Foram obtidos a partir dos testes de c-

mara de calibrao como igual a 1,0 para as areias densas, 0,4 por areias mdias, e 0,22

para as areias fofas.)

Com essas duas equaes ser possvel o clculo da resistncia com um parmetro que

ainda no considerado em projeto, o grau de embuchamento das estacas abertas. E

posteriormente ser possvel comparar o clculo das resistncias usando mtodos tradicio-

nais j consagrados aqui descritos.

CAPTULO 3 METODOLOGIA

Implementando os mtodos descritos anteriormente, foram selecionados trs estudos de

casos em diferentes pases, tendo em comum: fundao de estaca metlica de ponta aberta

macaqueada em solo arenoso. As trs podem ser classificadas com fundaes offshore de-

vido ao local e condio em que se encontram.

O primeiro caso foi o de uma fundao de um cais de uma ponte no Tokyo Coastal Highway

Bridge no Japo, o caso em questo foi utilizado por Feng et al. (2011) para comparar seu

mtodo modificado com outros dois mtodos citados anteriormente: o Imperial College Pile

(ICP) (Jardine et al. 2005) e o University of Western Australia (UWA) (Lehane et al. 2005).

O segundo caso, foi utilizado por Salgado et al. (2003) para comparao entre estacas de

ponta aberta e fechada, o local usado foi uma ponte no Condado de Lagrange em Indiana

nos Estados Unidos.

J o terceiro e ltimo estudo de caso foi em uma construo no Porto de Kwangyang na

Coria do Sul, e foi obtido atravs do estudo de Junyoung et al. (2014), que usou as estacas

dessa construo para realizao de ensaios de carga dinmica e esttica.

Para os trs estudos foram utilizadas as equaes e mtodos abordados nesse trabalho, a

fim de obter um comparao entre eles e analisar qual deles apresenta melhor carga esti-

mada da capacidade de ponta da estaca tubular aberta. Entre os mtodos utilizados estaro

mtodos empricos e semi-emprico como:

Imperial College Pile ICP (Jardine et al. 2005);

University of Western Australia UWA (Lehane et al. 2005);

Feng Modificado (Feng et al. 2011);

Salgado (Salgado et al. 2003);

Decourt-Quaresma (1982);

Meyerhof (1951).

Com as equaes contidas nesse estudo e os mtodos acima utilizando como ferramenta

de clculo o software Excel, foi possvel o calculo das resistncias de ponta das seis estacas

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 27

I. N. Santos; Y. B. Llobet

estudadas nos trs estudos de caso, a caracterizao geomtrica e esquemtica das esta-

cas desse estudo est na tabela e nas figuras a seguir:

Tabela 4 Caracterizao geomtrica das estacas.

Estacas Estudo de

caso

Comprimento

(m)

Dimetro

Externo

(m)

Espessura

(mm)

1 Tquio 73,50 1,5 28

2 Tquio 86,00 1,5 28

3 Lagrange 8,24 0,356 6,4

4 Kwangyang 8,60 0,508 9

5 Kwangyang 11,40 0,7112 7

6 Kwangyang 15,50 0,9144 8

Figura 20 Esquema das estacas juntamente com o CPT do estudo de caso em Tquio que s foi

aplicado na faixa embebido em solo arenoso (Feng et al. 2011).

Pro

fun

did

ad

e (

m)

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 28

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 21 - Esquema da estaca com medidas em milmetros do estudo de caso em Lagrange (Salga-

do et al. 2003).

Figura 22 Esquema das trs estacas do estudo de caso no Porto de Kwangyang (Junyoung et al.

2014).

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 29

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Com cada estudo de caso foi necessrio obter os parmetros e suas respectivas caracters-

ticas geotcnicas necessrias para o clculo das resistncias das estacas acima, que esto

contidas na tabela a seguir:

Tabela 5 Caracterizao geotcnica.

Tokyo Coastal Highway Bridge Japo

sat (kN/m) cv () cv () Pa (KPa) K0 r (m)

22,00 29 29 0,183 0,6 100 0,4 0,00002

Ponte em Lagrange, Indiana - Estados Unidos

d (kN/m) cv () cv () Pa (KPa) K0 r (m)

18,64 33 22,2 0,183 0,6 100 0,4 0,00002

Construo no Porto de Kwangyang - Coria do Sul

n (kN/m) cv () cv () Pa (KPa) K0 r (m)

18,00 33 22,2 0,183 0,6 100 0,4 0,00002

CAPTULO 4 ANLISE DOS RESULTADOS

4.1. ANLISE GRFICA

A partir da implementao dos mtodos nos estudos de caso antes citados, pode-se obter

valores para a capacidade de carga de ponta das 6 estacas por meio dos 6 mtodos estu-

dados.

Os grficos abaixo apresentam um comparativo desses valores de capacidade de carga

obtidos por cada um dos mtodos utilizados com a resistncia medida por meio de provas

de carga para cada uma das estacas.

Figura 23 - Capacidade de carga para a Estaca 1

Figura 24 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 1

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 31

I. N. Santos; Y. B. Llobet

O mtodo ICP, para essa estaca provou-se muito otimista em relao capacidade de car-

ga de ponta fornecida. Os mtodos UWA e FENG foram aqueles que obtiveram resultados

mais prximos ao valor medido. O mtodo de Salgado estimou um pouco mais da metade

da capacidade de carga medida, e a dupla Decourt- Quaresma e Meyerhoff, por considera-

rem apenas a regio do anel da espessura da parede da estaca, acabaram por subestimar

muito a capacidade de carga.

Figura 25 - Capacidade de carga para a Estaca 2

Figura 26 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 2

Novamente, os mtodos de UWA e FENG, forneceram os melhores resultados. Salgado,

para essa situao se aproximou um pouco mais da resistncia medida. O mtodo do ICP,

superestimou a resistncia, enquanto Decourt-Quaresma e Meyerhoff a subestimaram.

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 32

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 27 - Capacidade de carga para a Estaca 3

Figura 28 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 3

O mtodo do ICP, para essa situao apresentou uma resistncia em escala um pouco me-

nor do que o medido, contudo ainda acima deste valor, assim como o mtodo do UWA. O

mtodo de FENG, apresentou um resultado bem menor quando comparado com o valor

medido, diferente de outras situaes nas quais ambos eram prximos.

Para as estacas de nmero 4, 5 e 6, os mtodos apresentaram comportamentos semelhan-

tes, possibilitando a sua demonstrao conjunta a seguir.

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 33

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 29 - Capacidade de carga para a Estaca 4

Figura 30 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 4

Figura 31 - Capacidade de carga para a Estaca 5

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

Resistncias da base normalizadas para estaca 4 (KN)

Resistncias da basecalculadas para estaca 4(KN)

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 34

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 32 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 5

Figura 33 - Capacidade de carga para a Estaca 6

Figura 34 - Capacidade de carga normalizada para a Estaca 6

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

Resistncias da base normalizadas para estaca 6 (KN)

Resistncias da basecalculadas para estaca 6(KN)

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 35

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Os valores do mtodo de Salgado, paras as trs ltimas estacas analisadas (4,5 e 6) de-

monstraram um grande aumento quando comparados ao valor medido. No intuito de uma

melhor anlise das capacidades de carga, os seguintes grficos foram montados desconsi-

derando a resistncia obtida pelo mtodo de Salgado.

Figura 35 - Capacidade de carga para a Estaca 4, desconsiderando o mtodo de Salgado

Figura 36 - Capacidade de carga para a Estaca 5, desconsiderando o mtodo de Salgado

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 36

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 37 - Capacidade de carga para a Estaca 6, desconsiderando o mtodo de Salgado

Analisando-se, os grficos nas figuras Figura 35, Figura 36, Figura 37, pode-se perceber

que o mtodo de ICP, nos dois primeiros casos, obteve uma capacidade de carga inferior

da prova de carga e o mtodo de FENG, se mostrou prximo do resultado obtido da prova

de carga tambm nas duas primeiras situaes, superestimando a resistncia de ponta da

ltima estaca. Por fim, UWA, se mostrou novamente, prximo aos resultados das provas de

carga para as trs estacas.

4.2. ANLISE ESTATSTICA

Por fim, aps a construo dos grficos supracitados, optou-se por calcular qual dos 6 m-

todos apresentou um menor erro mdio em relao s resistncias de ponta obtidas por

meio de provas de carga. A Tabela a seguir, apresenta os valores obtidos nessa anlise:

Tabela 5 Erro mdio dos 6 mtodos utilizados

Abaixo foram obtidos grficos com esses erros mdios da tabela acima, o primeiro com to-

dos os mtodos, e o segundo sem considerar o mtodo de Salgado.

1 2 3 4 5 6

ICP 41,98 38,52 42,10 29,66 31,72 17,57 33,59

UWA 12,90 18,80 42,81 41,26 48,56 21,13 30,91

FENG 4,71 4,65 48,53 10,92 14,91 40,79 20,75

SALGADO 35,48 23,05 108,90 572,58 733,23 1819,86 548,85

DECOURT-QUARESMA 69,08 70,40 56,61 81,35 88,39 91,38 76,20

MEYERHOFF 95,77 90,62 60,00 79,68 85,94 84,52 82,75

ERRO MDIO DE N ESTACAS= n (%) =Qm - Qc/Qm MTODO

(n)/n

(%)

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 37

I. N. Santos; Y. B. Llobet

Figura 38 Erros mdios para cada mtodo de clculo do estudo em questo.

Figura 39 - Erros mdios para cada mtodo de clculo do estudo em questo, desconsiderando o

mtodo de Salgado.

A partir das anlises realizadas pode-se dizer que o mtodo de FENG, apresentou resulta-

dos mais prximos aqueles obtidos pelas provas de carga. Isso pode ser comprovado pela

anlise estatstica onde, o mtodo de FENG apresentou o menor erro mdio. Contudo, co-

mo na Estaca 6, ele apresentou um resultado superior ao medido, recomenda-se uma maior

precauo ao utiliza-lo. O mtodo de UWA, obteve o segundo melhor resultado quando se

analisa o erro mdio. Como seus resultados em todas as 6 estacas se mostraram inferior

aos valores medidos, ele mais conservador que o mtodo de FENG, mas j considera

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 38

I. N. Santos; Y. B. Llobet

uma maior resistncia de ponta que outros mtodos clssicos como Dcourt-Quaresma e

Meyerhoff. Estes subestimam muito a resistncia da base, por considerarem apenas a rea

da parede da estaca.

CAPTULO 5 CONCLUSO

Um problema enfrentado por essas estacas que os mtodos clssicos de clculo da capa-

cidade de suporte (Dcourt-Quaresma e Meyerhoff, por exemplo), levam em considerao

apenas a rea da espessura da parede da estaca, e isso reduz muito a capacidade de carga

da ponta da estaca.

Este estudo fez a comparao entre 6 tipos de mtodos de capacidade de carga. Foram

eles o mtodo ICP, o mtodo UWA, o mtodo de FENG, o mtodo de SALGADO e os mto-

dos clssicos Decourt-Quaresma e Meyerhof. Utilizou-se 6 resultados de prova de carga,

encontrados no meio cientfico, e constatou-se que o mtodo que apresentou uma maior

proximidade do valor medido foi o mtodo de FENG. Contudo, este mtodo superestimou a

capacidade de carga das estacas em uma das comparaes. Por essa razo, uma ideia a

ser levantada seria a de que o mtodo que apresentou o segundo melhor desempenho, o

mtodo UWA, seria o ideal a ser utilizado no dimensionamento desse tipo de fundao, vi-

sando a segurana da estrutura.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 6122: Projeto e execuo de

Fundaes. Rio de Janeiro, 2010, 33p.

DAS, B. M. Shallow Foundations: Bearing Capacity and settlement. Crc press llc,1999.

DECOURT, L. Prediction of the bearing capacity of piles based exclusively on N values

of the SPT. In: European symposium on penetration testing, 2., 1982. Proceed-

ingsAmsterdam,1982.

MEYERHOF,G. The Bearing Capacity of foundations.Geotecnique. v.2,n.4,p.301-332,1951.

PAIKOWSKI, S. G., WHITMAN, R. V., and BALIGH, M. M. A new look at the phenomenon of

offshore pile Plugging. Marine Geotech., 8, 213230, 1989.

PAIK, K. H., and LEE, S. R. Behavior of soil Plugs in open-ended model piles driven into

sands. Marine Georesources Geotechnol., 11, 353373,1993.

ROBERTSON, P. K., CABAl, K. L. Guide to Cone Penetration Testing for Geotechnical

Engineering. 6 edio. California: Gregg, 2015. 143p .

SALGADO, R.; LEE, J.; PAIK, K. Estimation of load capacity of pipe piles in sand based on

cone penetration test results. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineer-

ing.Vol. 129, n 4, p. 296 a 306, 2003.

SALGADO, R.; LEE, J.; PAIK, K.; KIM, B. Behavior of Open- and Closed-Ended Piles Driven

Into Sands.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. Vol. 129, n 5,

p. 391 a 403, 2003.

SALGADO, R; PAIK, K. Determination of Bearing Capacity of Open-Ended Piles in Sand.

Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering.Vol. 129, n 1, p. 46 a 57,

2003.

SALGADO, R; PAIK, K. Effect of Pile Installation Method on Pipe Pile Behavior in

Sands.Geotechnical Testing Journal, Vol. 27, n 1,p. 1 a 11, 2004.

SCHNAID, F. Ensaios De Campo E Suas Aplicaes Engenharia De Fundaes. So

Paulo: Oficina de Textos, 2000.

TERZAGHI, K. Theoretical Soil Mechanics. New Yoirk: John Wiley & Sons, 1943.

Um Estudo da Capacidade de Carga de Estacas Tubulares de Ponta Aberta 41

I. N. Santos; Y. B. Llobet

VELLOSO, D. de A.; LOPES, F. de R. Fundaes: Fundaes Profundas. 2 Edio. So

Paulo: Oficina de Textos, 2010. v. 2 .569 p.

YU, F; YANG, J. Improved Evaluation of Interface Friction on Steel Pipe Pile in Sand. p.

1 a 11, 2011.

KIKUCHI, Y., MIZUTANI, M., and YAMASHITA, H. Vertical bearing capacity of large di-

ameter steel pipe piles. Proc. of Advances in Deep Foundations, Taylor & Francis, London,

p.177182, 2007.