ESTUDO DE CASO DE UMA OBRA DE REFORÇO DE FUNDAÇÕES E ... · À SEEL por contribuir para a...

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  • ESTUDO DE CASO DE UMA OBRA DE REFORO DE

    FUNDAES E RENIVELAMENTO DE EDIFCIOS

    Thaiane dos Santos Reblo

    Rio de Janeiro

    Janeiro de 2017

  • ESTUDO DE CASO DE UMA OBRA DE REFORO DE

    FUNDAES E RENIVELAMENTO DE EDIFCIOS

    Thaiane dos Santos Reblo

    Rio de Janeiro

    Janeiro de 2017

    Projeto de Graduao apresentado ao Curso de

    Engenharia Civil da Escola Politcnica, Universidade

    Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos

    necessrios obteno do ttulo de Engenheiro.

    Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger

  • ESTUDO DE CASO DE UMA OBRA DE REFORO DE FUNDAES E

    RENIVELAMENTO DE EDIFCIOS

    Thaiane dos Santos Reblo

    PROJETO DE GRADUAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE

    ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO

    RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSRIOS PARA A

    OBTENO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.

    Examinado por:

    ______________________________________

    Prof. Fernando Artur Brasil Danziger

    ______________________________________

    Prof. Francisco de Rezende Lopes

    ______________________________________

    Prof. Jos Luiz Couto

    ______________________________________

    Eng. Paulo Henrique Vieira Dias

    RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL

    JANEIRO DE 2017

  • III

    Reblo, Thaiane dos Santos

    Estudo de caso de uma obra de reforo de fundaes e

    renivelamento de edifcios / Thaiane dos Santos Reblo. - Rio de

    Janeiro: UFRJ / Escola Politcnica, 2017.

    VIII, 73 p.: il.; 29,7 cm.

    Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger

    Projeto de Graduao UFRJ / Escola Politcnica / Curso de

    Engenharia Civil, 2017.

    Referncias Bibliogrficas: p. 70-71.

    1. Recalque. 2. Reforo de fundaes. 3. Estaca raiz. 4.

    Tirante. 5. Renivelamento. I. Danziger, Fernando Artur Brasil. II.

    Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ, Curso de

    Engenharia Civil. III. Estudo de caso de uma obra de reforo de

    fundaes e renivelamento de edifcios

  • IV

    DEDICATRIA

    Aos meus pais, Clia Regina Negro dos Santos Reblo

    e Jos Jorge Reblo pelo amor incondicional.

  • V

    AGRADECIMENTOS

    Aos meus pais pelo imenso apoio ao longo de toda a minha vida e,

    principalmente, ao longo do curso de Engenharia Civil, por todo o incentivo e

    compreenso nos momentos estressantes ou de ausncia.

    Aos professores que fizeram despertar em mim a paixo pela Geotecnia. Em

    especial, agradeo ao professor Fernando Danziger que, alm de me orientar neste

    trabalho, transmite aos seus alunos a sua paixo pela profisso, sempre mantendo a

    preocupao em passar os seus conhecimentos da melhor forma possvel.

    SEEL por contribuir para a certeza de que a Geotecnia seria a minha nfase

    no curso de Engenharia Civil e por todas as oportunidades nicas de aprendizagem que

    me permitiu ter.

    Aos meus amigos, que compreenderam todos os meus momentos de ausncia,

    sempre me motivando e nunca esquecendo de mim.

    A todos os amigos do curso de Engenharia Civil que compartilharam comigo os

    momentos difceis e os momentos de alegria e que me ajudaram muito a chegar at

    aqui.

    Priscilla Antoniazzi por todos os conselhos e por todos os materiais que me

    cedeu ao longo do curso de Geotecnia.

    Mariane Rita por todas as vezes que me ajudou, pelo apoio e pelos conselhos

    ao longo do tempo em que moramos juntas.

    equipe da obra abordada nesse trabalho, por toda a ajuda, confiana,

    pacincia e dedicao.

    Ao engenheiro Paulo Henrique Dias e aos professores Jos Luiz Couto e

    Francisco de Rezende Lopes pela participao como membros da banca examinadora

    deste trabalho.

    Ao colgio M3 por despertar em mim o desejo de prestar vestibular para a UFRJ.

  • VI

    Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica/UFRJ como parte

    dos requisitos necessrios para obteno do grau de Engenheiro Civil.

    ESTUDO DE CASO DE UMA OBRA DE REFORO DE FUNDAES E

    RENIVELAMENTO DE EDIFCIOS

    Thaiane dos Santos Reblo

    Janeiro/2017

    Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger

    Curso: Engenharia Civil

    Comuns so os casos de construes cujas fundaes apresentam mau desempenho

    e necessitam de reforo. Esse reforo representa uma interveno no sistema solo-

    fundao-estrutura existente e precisa ser estudado com ateno. Alm disso, nos

    casos em que o mau desempenho das fundaes provoca recalques que causam danos

    estticos ou funcionais que precisam ser solucionados, pode-se tornar necessrio o

    renivelamento de pilares. Este trabalho apresenta um caso de obra de renivelamento de

    pilares e reforo de fundaes profundas em solo com espessa camada de solo mole.

    No trabalho dada especial nfase ao uso simultneo de tirante pr-tensionado e

    estaca raiz, empregado como reforo de uma estaca pr-moldada de fundao de um

    dos pilares da obra, avaliando-se a influncia das rigidezes dos elementos de fundao

    na distribuio dos carregamentos.

    Palavras-chave: Recalque, Reforo de fundaes, Estaca raiz, Tirante, Renivelamento.

  • VII

    Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the

    requeriments for the degree of Engineer.

    A CASE HISTORY ON PILE FOUNDATIONS UNDERPINNING AND BUILDINGS RE-

    LEVELING

    Thaiane dos Santos Reblo

    January/2017

    Advisor: Fernando Artur Brasil Danziger

    Course: Civil Engineering

    Remedial underpinning is a regular activity in foundation engineering, which needs to be

    properly studied regarding the soil-foundation-structure interaction. In some cases, re-

    leveling is necessary to assure aesthetic and functionality to the building. The present

    work presents a case history of underpinning of precast concrete pile foundations in a

    very soft clay soil. Prestressed anchors and root piles have been used in the

    underpinning, and the stiffness of all foundation elements has been taken into account

    in the corresponding load distribution.

    Key words: Settlements, Underppining, Root-pile, Anchor, Re-leveling.

  • VIII

    SUMRIO

    1. INTRODUO -------------------------------------------------------------------------------------- 1

    1.1. Consideraes iniciais -------------------------------------------------------------------- 1

    1.2. Objetivos do Estudo ----------------------------------------------------------------------- 2

    1.3. Estrutura do trabalho ---------------------------------------------------------------------- 2

    2. REVISO BIBLIOGRFICA -------------------------------------------------------------------- 4

    2.1. Estaca tipo Raiz ----------------------------------------------------------------------------- 4

    2.1.1. Generalidades e histrico ------------------------------------------------------------ 4

    2.1.2. Procedimento executivo -------------------------------------------------------------- 4

    2.2. Determinao de capacidade de carga ---------------------------------------------- 7

    2.2.1. Mtodo de Aoki e Velloso ------------------------------------------------------------ 7

    2.2.2. Mtodo de Decurt-Quaresma ------------------------------------------------------ 9

    2.3. Conceito de Tirante ---------------------------------------------------------------------- 11

    2.4. Consideraes sobre o conceito de rigidez ------------------------------------- 13

    2.4.1. Estaca ----------------------------------------------------------------------------------- 13

    2.4.2. Tirante ----------------------------------------------------------------------------------- 14

    2.5. Atrito Negativo ----------------------------------------------------------------------------- 15

    2.5.1. Conceitos ------------------------------------------------------------------------------- 15

    2.5.2. Atrito negativo como um carregamento adicional ---------------------------- 17

    2.5.3. Carga admissvel de estaca sujeita a atrito negativo ------------------------ 18

    2.5.4. Estimativa do atrito negativo ------------------------------------------------------- 19

    2.5.4.1. Mtodo de Johannessen e Bjerrum (1965) ---------------------------------- 19

    2.5.4.2. Endo et al. (1969) ----------------------------------------------------------------- 19

    3. LOCALIZAO DA OBRA E CARACTERIZAO DO SUBSOLO --------------- 22

    3.1. Mapeamento geolgico-geotcnico da baixada de Jacarepagu (1983) 22

    3.2. Perfil Geolgico-geotcnico do terreno ------------------------------------------- 23

    4. DESCRIO DO PROJETO ORIGINAL--------------------------------------------------- 24

    4.1. O Aterro -------------------------------------------------------------------------------------- 24

    4.2. As estacas ---------------------------------------------------------------------------------- 26

  • IX

    4.3. Os Prdios ---------------------------------------------------------------------------------- 27

    4.4. Diagnstico do problema -------------------------------------------------------------- 28

    5. SOLUES ADOTADAS PARA OS REFORO DE FUNDAES --------------- 29

    5.1. As estacas ---------------------------------------------------------------------------------- 31

    5.2. Os tirantes ---------------------------------------------------------------------------------- 33

    6. RENIVELAMENTO DE ESTRUTURAS ---------------------------------------------------- 35

    6.1. Renivelamentos dos pilares P50 e P58 -------------------------------------------- 39

    6.2. Renivelamento dos pilares PES 3 e PES 4 --------------------------------------- 43

    7. ANLISE DO COMPORTAMENTO DE UM REFORO DE FUNDAO COM

    USO SIMULTNEO DE ESTACA E TIRANTE ------------------------------------------------- 51

    7.1. Dados de suporte para a anlise das cargas de trabalho e rigidezes --- 51

    7.1.1. Geometria do reforo de fundao ----------------------------------------------- 51

    7.1.2. Caractersticas e parmetros do reforo de fundao e do solo ---------- 52

    7.1.3. Atrito negativo ------------------------------------------------------------------------- 55

    7.1.4. Capacidade de carga da estaca pr-moldada --------------------------------- 56

    7.1.5. Capacidade de carga da estaca tipo raiz --------------------------------------- 57

    7.1.5.1. Mtodo de Aoki-Velloso ---------------------------------------------------------- 57

    7.1.5.2. Mtodo de Dcourt-Quaresma ------------------------------------------------- 59

    7.2. Anlise e determinao das cargas de trabalho e rigidezes ---------------- 60

    7.2.1. Sistemas isostticos ----------------------------------------------------------------- 61

    7.2.2. Sistema hiperesttico ---------------------------------------------------------------- 62

    8. CONSIDERAES FINAIS ------------------------------------------------------------------- 68

    8.1. Concluso ----------------------------------------------------------------------------------- 68

    8.2. Sugestes para trabalhos futuros --------------------------------------------------- 68

    REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS -------------------------------------------------------------- 70

    APNDICE: SONDAGEM SP-09 ------------------------------------------------------------------ 72

  • X

    LISTA DE FIGURAS

    Figura 2-1: Esquema de processo executivo de estaca raiz (ESTE 2016) ----------------- 7

    Figura 2-2: Partes constituintes de um tirante (YASSUDA e DIAS, 1996) --------------- 12

    Figura 2-3: Transferncia de carga de estacas: (a) camada de baixa resistncia seguida

    de camada de alta resistncia; (b) camada de alta resistncia desde a superfcie

    (adaptado de Danziger e Danziger 1982) -------------------------------------------------------- 14

    Figura 2-4: Transferncia de carga de tirantes (adaptado de Danziger e Danziger 1982)

    -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 15

    Figura 2-5: Causas do atrito negativo: (a) adensamento de argila amolgada; (b)

    adensamento de argila por aterro; (c) idem por rebaixamento do lencol d'gua; (d) idem

    por alvio de poropresses em Ienol confinado (Velloso e Lopes, 2012) --------------- 16

    Figura 2-6: O atrito negativo como sobrecarga: (a) caso de Qn forte; (b) caso de Qn fraco;

    (c) aplicaes de sobrecargas temporrias (Velloso e Lopes, 2012) ---------------------- 18

    Figura 2-7: Perfil do subsolo e instrumentao (Endo et al, 1969) ------------------------- 20

    Figura 3-1: Localizao da rea do mapeamento geolgico-geotcnico no Municpio do

    Rio de Janeiro e sondagem II (Cabral, 1983) --------------------------------------------------- 22

    Figura 4-1: Esquema geral do aterro estruturado ---------------------------------------------- 25

    Figura 5-1: Reforo de fundao com uso simultneo de estaca tipo raiz e tirante, ligado

    ao bloco da fundao original ----------------------------------------------------------------------- 29

    Figura 5-2: Reforo de fundao com uso simultneo de estaca tipo raiz e tirante, ligado

    ao pilar original atravs de perfil metlico -------------------------------------------------------- 29

    Figura 5-3: Reforo de fundao convencional com uso de estacas raiz ---------------- 30

    Figura 5-4: Reforo de fundao com uso de estaca raiz para pilares parede dos

    elevadores posio das estacas do PES 3 e PES 4 ---------------------------------------- 31

    Figura 5-5: Alternativas de execuo das estacas raiz --------------------------------------- 33

    Figura 5-6: Exemplo de sistema estrutural e esforos solicitantes ------------------------- 34

    Figura 6-1: Esquema da estrutura para renivelamento de pilar metlico (CP5-P50) -- 36

    Figura 6-2: Estrutura para renivelamento de pilar metlico ---------------------------------- 36

    Figura 6-3: Esquema da estrutura para renivelamento dos pilares parede PES3 e PES4

    em planta ------------------------------------------------------------------------------------------------- 37

    Figura 6-4: Detalhes da estrutura para renivelamento dos pilares parede PES3 e PES4

    em vista --------------------------------------------------------------------------------------------------- 37

  • XI

    Figura 6-5: Esquema da estrutura para renivelamento dos pilares parede PES3 e PES4

    em vista --------------------------------------------------------------------------------------------------- 38

    Figura 6-6: Mos francesas para renivelamento do pilar PES 3 ---------------------------- 38

    Figura 6-7: Reforo de fundaes do prdio CP-BL5 indicao dos pilares

    macaqueados em planta ----------------------------------------------------------------------------- 39

    Figura 6-8: Posicionamento do extensmetro: (a) no tirante; (b) na regio da viga sobre

    a nova estaca; (c) no bloco abaixo do pilar ------------------------------------------------------ 40

    Figura 6-9: Posicionamento de macaco hidrulico em tirante ------------------------------- 40

    Figura 6-10: Prolongamento dos pilares metlicos (a) detalhes das fases (b) pilar com

    prolongamento finalizado ----------------------------------------------------------------------------- 42

    Figura 6-11: Arranjo dos conjuntos macaco-manmetro-bomba e localizao dos

    indicadores de deslocamento nas posies 1, 2, 3 e 4 --------------------------------------- 44

    Figura 6-12: Regio a ser escavada entre os blocos antigos e as novas vigas --------- 44

    Figura 6-13: Posicionamento dos calos --------------------------------------------------------- 49

    Figura 7-1: Planta e corte do reforo de fundao do pilar P50 ---------------------------- 52

    Figura 7-2: Espessuras e parmetros do subsolo ---------------------------------------------- 53

    Figura 7-3: Caractersticas da viga de reforo de fundao do pilar P50 ----------------- 54

    Figura 7-4: Sistema, carregamentos e reaes (a) situao I (b) situao II -------- 61

    Figura 7-5: Sistema estrutural e carregamento situaes III e IV -------------------- 62

    Figura 7-6: Diagramas de esforos normais da estaca pr-moldada ---------------------- 63

    Figura 7-7: Esquema de diagramas de esforos normais da estaca raiz situao III

    -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 64

    Figura 7-8: Esquema de diagramas de esforos normais da estaca raiz situao IV

    -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 64

    Figura 7-9: Diagramas de esforos normais do tirante --------------------------------------- 65

    Figura 7-10: Curva carga x recalque da prova de carga compresso esttica da estaca

    raiz PC7A ------------------------------------------------------------------------------------------------ 66

  • XII

    LISTA DE TABELAS

    Tabela 2-1: Dimetros nominais e dimetros dos revestimentos de estacas raiz (NBR

    6122:2010) ------------------------------------------------------------------------------------------------- 5

    Tabela 2-2: Valores de Kav e av sugeridos por Aoki e Velloso (1975)--------------------- 8

    Tabela 2-3: Valores de F1 e F2 segundo Aoki e Velloso (1975) e Velloso et al. (1978) 9

    Tabela 2-4: Coeficientes (Quaresma et. al., 1996) ------------------------------------------ 10

    Tabela 2-5: Coeficientes (Quaresma et. al., 1996) ------------------------------------------ 10

    Tabela 2-6: Coeficientes KDQ (Decourt-Quaresma, 1978) ----------------------------------- 10

    Tabela 3-1: Resumo da classificao dos solos, espessuras das camadas e valores de

    NSPT -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 23

    Tabela 4-1: Parmetros de projeto do aterro estruturado ------------------------------------ 25

    Tabela 4-2: Dados dos prdios --------------------------------------------------------------------- 27

    Tabela 6-1: Pilares renivelados --------------------------------------------------------------------- 35

    Tabela 6-2: Cargas aplicadas pelos macacos e respectivos deslocamentos dos pilares

    -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 43

    Tabela 6-3: Esforos da superestrutura do elevador dos pilares PES3/PES4 ---------- 45

    Tabela 6-4: Referncia de cargas a serem aplicadas pelos macacos no primeiro estgio

    do renivelamento --------------------------------------------------------------------------------------- 46

    Tabela 6-5: Cargas aplicadas pelos macacos no primeiro estgio do renivelamento e

    deslocamentos dos pilares --------------------------------------------------------------------------- 46

    Tabela 6-6: Cargas aplicadas pelos macacos no segundo estgio do renivelamento e

    deslocamentos dos pilares --------------------------------------------------------------------------- 47

    Tabela 6-7: Cargas aplicadas aos pilares-parede para o corte ----------------------------- 48

    Tabela 6-8: Cargas aplicadas pelos macacos para renivelamento e respectivos

    deslocamentos dos pilares --------------------------------------------------------------------------- 49

    Tabela 7-1: Caractersticas da estaca pr-moldada de fundao do pilar P50 --------- 53

    Tabela 7-2: Caractersticas da estaca tipo raiz de reforo de fundao do pilar P50 - 53

    Tabela 7-3: Caractersticas do tirante de reforo de fundao do pilar P50 ------------- 54

    Tabela 7-4: Valores de entrada para o clculo do atrito negativo -------------------------- 55

    Tabela 7-5: Atrito negativo --------------------------------------------------------------------------- 55

    Tabela 7-6: Capacidade de carga ao longo do fuste da estaca pr-moldada ----------- 56

    Tabela 7-7: Capacidade de carga da ponta da estaca pr-moldada ---------------------- 57

    Tabela 7-8: Capacidade de carga ao longo do funte da estaca raiz ----------------------- 58

    Tabela 7-9: Capacidade de carga da ponta da estaca raiz ---------------------------------- 58

    Tabela 7-10: Capacidade de carga ao longo do funte da estaca raiz --------------------- 59

  • XIII

    Tabela 7-11: Capacidade de carga da ponta da estaca raiz --------------------------------- 60

    Tabela 7-12: Interaes para obteno das cargas de trabalho e rigidezes axiais caso

    III --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 65

    Tabela 7-13: Interaes para obteno das cargas de trabalho e rigidezes axiais caso

    IV --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 66

  • 1

    1. INTRODUO

    1.1. Consideraes iniciais

    Fundao o elemento de uma estrutura responsvel por transmitir as cargas

    para o terreno. Essa transmisso deve ser feita de forma adequada, ou seja, sem gerar

    problemas de qualquer natureza para a estrutura. Portanto a transferncia deve ser

    realizada com segurana em relao ruptura e com recalques compatveis com a

    estrutura. No entanto so comuns os casos de construes cujas fundaes apresentam

    ou podero passar a apresentar mau desempenho devido erros de premissa ou em

    casos em que no so previstos mecanismos futuros durante o seu dimensionamento.

    Essas fundaes, portanto, passam a necessitar de reforo, que representa uma

    interveno no sistema solo-fundao-estrutura existente, e que precisa ser estudado

    com ateno. O presente trabalho aborda dois casos de reforo associados ao

    renivelamento da estrutura, necessrio quando o mau desempenho da fundao gera,

    alm de danos estruturais, danos arquitetnicos e funcionais. O renivelamento, portanto,

    se torna interessante por reestabelecer a esttica original e a funcionalidade da

    edificao, evitar as ms impresses e preocupaes dos usurios e contribuir para o

    solucionamento dos problemas de refluxos ou rupturas de redes de esgotos e/ou guas

    pluviais, mal funcionamento de portas, janelas e elevadores etc.

    Mais especificamente, neste trabalho apresentado um caso de obra de reforo

    de fundaes profundas em solo com espessa camada de argila muito mole, alm de

    renivelamento de dois tipos de pilares. dado destaque ao uso simultneo de estaca

    raiz e tirante pr-tensionado utilizados como reforo de fundao de um dos pilares da

    obra.

    As estacas raiz so amplamente conhecidas pela forte aplicao em reforo de

    fundao, visto que alcanam grandes profundidades, perfuram rocha e concreto, no

    provocam choques nem vibraes e, principalmente, so executadas por perfuratrizes

    de pequenas dimenses que possibilitam a operao em locais de difcil acesso para

    outros tipos de equipamento.

    Os tirantes, so tambm elementos importantes para um dos tipos de reforo de

    fundaes estudado neste trabalho, pois, assim como as estacas raiz, so executados

    por equipamentos de pequenas dimenses e podem ser pr-tensionados.

  • 2

    1.2. Objetivos do Estudo

    O objetivo geral deste trabalho descrever e analisar alguns aspectos de uma

    obra de reforo de fundaes e renivelamento de estrutura de um conjunto de prdios

    construdos em um terreno com espessa camada de solo mole, com fundaes originais

    em estacas pr-moldadas. Os objetivos especficos so os seguintes:

    Abordar os tipos de reforo de fundaes adotados na obra, incluindo suas

    caractersticas e as consideraes realizadas no seu dimensionamento;

    Descrever os procedimentos executivos e os comportamentos do

    renivelamento em duas situaes distintas;

    Estudar e avaliar o comportamento de um reforo de fundao com uso

    simultneo de estaca raiz e tirante pr-tensionado.

    1.3. Estrutura do trabalho

    Este trabalho est dividido em 8 captulos: Introduo, Reviso bibliogrfica,

    Localizao da obra e caracterizao do subsolo do terreno, Descrio do projeto

    original, Solues adotadas para os reforo de fundao, Renivelamento das estruturas,

    Anlise do comportamento de um reforo de fundao com uso simultneo de estaca e

    tirante e Consideraes finais.

    O captulo atual apresenta a relevncia do assunto estudado, seguida do objetivo

    e da breve descrio da estrutura em que se apresenta o trabalho.

    O segundo captulo aborda o embasamento terico dos assuntos essenciais

    para o entendimento do trabalho. So apresentadas caractersticas da estaca raiz, os

    mtodos de dimensionamento de fundaes utilizados, a conceituao de tirante,

    algumas consideraes sobre o conceito de rigidez e atrito negativo.

    O terceiro captulo descreve a localizao da obra e a caracterizao do subsolo

    que possui espessa camada de solo mole, alm de apresentar um resumo das

    sondagens realizadas.

    O quarto captulo faz uma breve descrio do projeto original, os tipos de aterro

    empregados, os tipos de estacas e seus controles de execuo, a constituio dos

    prdios e o provvel diagnstico do problema.

    O quinto captulo mostra os tipos de solues adotadas para o reforo de

    fundaes, seus comportamentos esperados, suas vantagens e desvantagens.

  • 3

    O sexto captulo descreve os procedimentos de renivelamento de dois pilares de

    um edifcio em estrutura metlica e de dois pilares parede pertencentes a um edifcio de

    estrutura de concreto armado.

    O stimo captulo analisa o comportamento de um reforo de fundao em viga

    com uso simultneo de estaca raiz e tirante pr-tensionado, estimando o atrito negativo

    atuante no sistema, calculando as rigidezes dos elementos de fundao e as cargas de

    trabalho atuantes em cada um deles.

    O oitavo captulo apresenta as consideraes finais, principais concluses

    acerca do tema abordado, alm de sugestes para trabalhos futuros.

    So apresentadas, finalmente, as referncias bibliogrficas.

  • 4

    2. REVISO BIBLIOGRFICA

    2.1. Estaca tipo Raiz

    2.1.1. Generalidades e histrico

    Segundo a NBR 6122:2010, a estaca raiz definida como uma estaca armada

    e preenchida com argamassa de cimento e areia, moldada in loco, executada atravs

    de perfurao rotativa ou rotopercussiva, revestida integralmente, no trecho em solo,

    por um conjunto de tubos metlicos recuperveis.

    As estacas-raiz (na Itlia, pali-radice) foram desenvolvidas, em sua origem, para

    a conteno de encostas, quando eram cravadas formando reticulados. Posteriormente,

    foram utilizadas em reforo de fundaes e, em seguida, como fundaes normais

    (Velloso e Lopes, 2012).

    Essas estacas possuem vantagens com relao a outros tipos de estacas:

    No produzem choques ou vibraes durante as suas execues;

    Podem atravessar obstculos como rocha e concreto;

    As perfuratrizes so, em geral, de pequeno porte, o que possibilita o trabalho

    em ambientes restritos;

    Podem ser executadas na vertical ou inclinadas.

    Possuem resistncia trao, atravs da armao do fuste da estaca.

    2.1.2. Procedimento executivo

    Seu processo executivo consiste basicamente de perfurao, instalao da

    armadura, injeo de argamassa e extrao do revestimento. Essa sequncia

    executiva, segundo Alonso (1996), NBR 6122:2010 e ABEF (2012), detalhada abaixo

    e ilustrada na Figura 2-1.

    1 fase: Perfurao

    A perfurao da estaca raiz realizada por processo rotativo ou rotopercussivo,

    com o auxlio de um revestimento munido de sapata em sua extremidade inferior. As

    sapatas so dotadas de sulcos na face cortante e tm dimetro ligeiramente maior que

    a composio de revestimento, podendo possuir pastilhas de widia soldadas

    proximamente aos sulcos, cujo objetivo o aumento da capacidade de abraso. O

    objetivo dos sulcos facilitar o fluxo dgua para lubrificar e resfriar a sapata e as

    pastilhas.

  • 5

    utilizada tambm a circulao direta de gua injetada no interior do tubo de

    revestimento com alta presso para auxlio da perfurao. O material oriundo da

    escavao expulso, juntamente com o fluido de perfurao, pelo espao entre o

    revestimento e o terreno, alargando, com isso, o dimetro da estaca.

    Segundo a NBR 6122:2010, o dimetro nominal o dimetro acabado que serve

    como designao para projeto de fundao. Os dimetros dos tubos de revestimento

    utilizados na perfurao e os dimetros nominais esto includos na Tabela 2-1.

    Tabela 2-1: Dimetros nominais e dimetros dos revestimentos de estacas raiz

    (NBR 6122:2010)

    Dimetro nominal da estaca (mm)

    150 160 200 250 310 400 450

    Dimetro mnimo externo do tubo de revestimento (mm)

    127 141 168 220 273 355 406

    A perfurao deve ser inteiramente revestida. O revestimento composto por

    segmentos rosqueados medida que a perfurao prossegue (o comprimento mais

    usual varia entre 0,80 m e 1,20 m).

    Conforme a NBR 6122:2010, quando ocorrerem solos muito duros ou muito

    compactos, pode-se executar pr-perfurao avanada por dentro do revestimento.

    comum que esta perfurao seja realizada por processo percussivo atravs do uso de

    "rnartelo de fundo".

    Tricones tambm podem ser utilizados na perfurao, sendo posicionados na

    extremidade inferior de uma composio de hastes; so utilizados quando ocorre a

    necessidade de limpar os testemunhos que eventualmente no so erodidos pelo fluxo

    dgua no interior do revestimento ou quando no se consegue mais girar a composio

    de revestimento, passando, os tricones, a possurem funo de avano da perfurao.

    Em solos com mataces, blocos de rocha ou embutimento em rocha, a

    perfurao destes materiais se d por dentro do revestimento por meio de equipamento

    adequado para perfurao de rocha.

    Esta operao, necessria para atravessar o mataco ou o bloco de rocha ou

    embutir a estaca na rocha, causa, usualmente, uma diminuio do dimetro da estaca,

    chamado tambm de telescopagem, que deve ser considerada no dimensionamento.

  • 6

    2 fase: Instalao da armadura

    Aps o trmino da perfurao e antes do incio do lanamento da argamassa,

    limpa-se internamente o furo atravs da utilizao da composio de lavagem e

    posteriormente procede-se descida da armadura, que pode ser montada em feixe ou

    em gaiola que apoiada no fundo do furo (NBR 6122:2010). Essa colocao se d

    manualmente ou atravs de guindastes de apoio, quando a execuo a cu aberto.

    Quando as barras utilizadas para armadura so mais curtas do que o comprimento do

    furo, deve-se sobrep-las em transpasse e evitando-se a solda.

    3 fase: Injeo de argamassa e extrao do revestimento

    A argamassa utilizada para as estacas raiz deve ter as seguintes caractersticas:

    Consumo de cimento acima de 600 kg/m;

    fck 20 MPa aos 28 dias, conforme as Normas Brasileiras NBR 6118:2007,

    NBR 5738:2015 e ABNT NBR 5739:2007;

    Agregado: areia e/ou pedrisco;

    Fator gua/cimento entre 0,5 e 0,6;

    Deve ser adotado um coeficiente de minorao (c) de 1,6.

    A argamassa bombeada por um tubo descido at a ponta da estaca. O

    preenchimento do furo feito de baixo para cima, expulsando-se o fluido de circulao.

    Aps o preenchimento do furo, os tubos de revestimento so desrosqueados e retirados

    atravs da prpria perfuratriz ou com o auxlio de macacos hidrulicos. A medida que a

    injeo executada so dados golpes de ar comprimido promovendo maior contato da

    argamassa com o solo para favorecer o atrito lateral e garantir a continuidade da

    argamassagem do fuste da estava. Todavia, ultimamente esse procedimento vem

    sendo substitudo pela injeo da prpria argamassa, obtendo-se o mesmo efeito.

    Aps toda a retirada do revestimento, a argamassa completada e quando se

    deseja que a estaca seja arrasada em uma cota inferior em relao superfcie do

    terreno, a mesma executada at a superfcie sendo posteriormente demolida a parte

    superior que no ser incorporada ao bloco de coroamento.

  • 7

    Figura 2-1: Esquema de processo executivo de estaca raiz (ESTE 2016)

    2.2. Determinao de capacidade de carga

    Os mtodos semi-empricos so baseados em correlaes empricas com

    resultados de ensaios in situ.

    Em nosso pas, a sondagem percusso (com realizao do SPT) a

    investigao geotcnica mais difundida e realizada (Velloso e Lopes, 2002). Por isso

    muito frequente o emprego de mtodos de clculo de capacidade de carga de estacas

    utilizando os resultados das sondagens percusso com ensaio SPT.

    A seguir so apresentados os mtodos utilizados neste trabalho para

    determinao de capacidade de carga das estacas pr-moldadas e das estacas tipo

    raiz.

    2.2.1. Mtodo de Aoki e Velloso

    O mtodo de Aoki e Velloso (1975) surgiu a partir de correlaes entre resultados

    de provas de carga em estacas, resultados de ensaios de cone (CPT) e sondagens

    percusso. Para se trabalhar com dados de ensaio SPT desenvolveu-se uma correlao

    linear entre os dados de ensaios CPT e SPT, resultando em um coeficiente Kav que

    multiplicado pelos valores N do ensaio SPT fornece o valor da resistncia de ponta do

    ensaio de cone. Os valores de Kav dependem do tipo de solo, tornando-se fundamental

    uma boa caracterizao da amostra do amostrador SPT.

  • 8

    A equao 1 abaixo define o mtodo proposto. A primeira parcela corresponde

    resistncia de ponta e a segunda parcela corresponde ao atrito lateral mximo.

    Qu =

    Ap Kav Npav

    1 +

    P Kav Nm L

    F2

    ( 2-1 )

    Onde: Qu Carga de ruptura da estaca;

    Ap e P rea da ponta da estaca e permetro da estaca, respectivamente;

    Kav Coeficiente de proporcionalidade entre a resistncia de ponta unitria do

    ensaio de penetrao esttico CPT e a resistncia penetrao dinmica do

    ensaio SPT. Este coeficiente depende diretamente do tipo de solo;

    Npav Nmero mdio de golpes SPT prximo ponta da estaca (no nvel da

    ponta, a 1m acima e a 1m abaixo);

    av Coeficiente de proporcionalidade entre a resistncia de ponta unitria e a

    resistncia lateral unitria do cone, dependendo do tipo de solo;

    Nm Nmero mdio de golpes do ensaio SPT para cada espessura

    considerada ();

    F1 e F2 Coeficientes existentes para levar em considerao as diferenas de

    comportamento entre a estaca e o cone.

    Nas duas tabelas a seguir apresentam-se os valores destes coeficientes:

    Tabela 2-2: Valores de Kav e av sugeridos por Aoki e Velloso (1975)

    Solos K (kgf/cm) av (%)

    Areia 10 1,4

    Areia siltosa 8 2,0

    Areia silto argilosa 7 2,4

    Areia argilosa 6 3,0

    Areia argilo siltosa 5 2,8

    Silte 4 3,0

    Silte arenoso 5,5 2,2

    Silte arenoso argiloso 4,5 2,8

    Silte argiloso 2,3 3,4

    Silte argilo arenoso 2,5 3,0

    Argila 2 6,0

    Argila arenosa 3,5 2,4

    Argila areno siltosa 3 2,8

    Argila siltosa 2,2 4,0

    Argila silto arenosa 3,3 3,0

  • 9

    Tabela 2-3: Valores de F1 e F2 segundo Aoki e Velloso (1975) e Velloso et al. (1978)

    Tipo de Estaca F1 F2

    Franki 2,50 5,00

    Metlica 1,75 3,50

    Pr moldada de concreto 1,75 3,50

    Escavada 3,00 6,00

    Outros autores tambm pesquisaram a relao entre CPT e SPT para solos de

    diferentes locais, como Danziger e Velloso (1986) para a cidade do Rio de Janeiro e

    Alonso (1980) para a cidade de So Paulo.

    Segundo Velloso e Lopes (2002), nos anos 1970, quando o mtodo foi proposto,

    foram introduzidas as estacas tipo raiz e no se executavam ainda estacas tipo hlice.

    Em trs trabalhos de final de curso na UFRJ (de Rafael Francisco G. Magalhes, em

    1994, Gustavo S. Raposo e Marcio Andre D. Salem, em 1999), foram feitas avaliaes

    do mtodo para esses novos tipos de estacas. Os valores de F1 = 2 e F2 = 4 conduziram

    a urna estimativa razovel, ligeiramente conservativa, das estacas raiz, hlice e mega.

    2.2.2. Mtodo de Decurt-Quaresma

    Este mtodo utiliza apenas resultados de ensaios SPT. A princpio, esta

    metodologia era utilizada para determinao da capacidade de carga de estacas pr-

    moldadas de concreto. Posteriormente algumas mudanas foram realizadas, atravs da

    adio de alguns coeficientes que permitem a extenso do mtodo para diversos tipos

    de estacas, chegando-se aos coeficientes e , que consideram o tipo de estaca e de

    solo. Para a determinao da resistncia de ponta atravs do Nspt, utiliza-se um

    coeficiente KDQ.

    Abaixo enuncia-se a formulao do mtodo, em que a primeira parcela da soma

    corresponde resistncia de ponta e a segunda corresponde resistncia lateral:

    Qu = KDQ NPDQ Ap + P 10 (

    Nm3

    + 1) L ( 2-2 )

    Onde: Qu Carga de ruptura da estaca;

    e Coeficientes tabelados que consideram o tipo de estaca e solo;

    KDQ Varivel que relaciona a resistncia de ponta da estaca em funo do

    comportamento do solo;

  • 10

    NPDQ Mdia entre o NSPT correspondente ponta da estaca, o imediatamente

    anterior e o imediatamente posterior;

    Nm NSPT mdio para cada comprimento de estaca inserido em um solo distinto;

    Ap rea da ponta da estaca;

    P Permetro da estaca;

    Espessura de cada camada de solo considerada.

    Tabela 2-4: Coeficientes (Quaresma et. al., 1996)

    Solo/Estaca Cravada Escavada em geral

    Escavada com

    bentonita

    Hlice Contnua

    Raiz Injetadas

    (alta presso)

    Argilas 1,0 0,85 0,85 0,30 0,85 1,0

    Solos Residuais 1,0 0,60 0,60 0,30 0,60 1,0

    Areias 1,0 0,50 0,50 0,30 0,50 1,0

    Tabela 2-5: Coeficientes (Quaresma et. al., 1996)

    Solo/Estaca Cravada Escavada em geral

    Escavada com

    bentonita

    Hlice Contnua

    Raiz Injetadas

    (alta presso)

    Argilas 1,0 0,85 0,90 1,0 1,5 3,0

    Solos Residuais 1,0 0,65 0,75 1,0 1,5 3,0

    Areias 1,0 0,50 0,60 1,0 1,5 3,0

    Tabela 2-6: Coeficientes KDQ (Decourt-Quaresma, 1978)

    Tipo de solo K (kN/m)

    Argilas 120

    Siltes argilosos 200

    Siltes arenosos 250

    Areias 400

    Os fatores de segurana propostos por Dcourt (1982) se diferenciam dos

    estabelecidos pela NBR 6122:2010 para mtodos semi-empricos (FS= 2,0). Neste caso

    os autores indicam uso de fatores diferenciados para as parcelas de resistncia de ponta

    e atrito, resultando na carga admissvel:

    =

    4

    +1,3

    ( 2-3 )

  • 11

    Onde: Resistncia de ponta;

    Resistncia devida ao atrito lateral.

    2.3. Conceito de Tirante

    Os tirantes so definidos como:

    Segundo Yassuda e Dias (1996), da prtica da engenharia sabe-se que o

    elemento que resiste bem a esforos de trao o ao e, desta forma, a grande maioria

    dos tirantes constituda por um ou mais elementos de ao, usualmente barras, fios ou

    cordoalhas.

    O tirante composto, de maneira geral, por cabea, trecho livre e trecho

    ancorado, conforme ilustrado na Figura 2-2.

    A cabea a parte que suporta a estrutura. Existem vrias configuraes para a

    cabea, dependendo do tipo de tirante, mas, genericamente, constituda de placa de

    apoio, cunhas de grau, porcas e contra porcas, alm da proteo em concreto.

    O trecho livre a regio onde as barras, os fios ou as cordoalhas constituintes

    do tirante so isoladas da calda de cimento. O isolamento tem a funo de permitir o

    alongamento livre do trecho quando se aplica carga, tornando a protenso possvel.

    Para isso, usa-se usualmente um tubo ou mangueira (bainha) e graxa para proteger

    essa regio.

    Esse o trecho de alongamento livre quando aplicada carga. Segundo a NBR

    5629:2006, o tirante no pode ter um trecho livre com comprimento inferior a 3m.

    Entende-se que os 3 m citados se referem distncia da cabea ao incio do bulbo, que

    efetivamente transmitir cargas ao terreno.

    Por fim, o trecho ancorado a regio onde o elemento constituinte do tirante

    (barras, fios ou cordoalhas) est em contato com a calda de cimento, a qual forma o

    bulbo de ancoragem. essa a regio responsvel por transmitir os esforos de trao

    do tirante para o terreno, atravs do atrito gerado entre o bulbo e o solo.

    [...] peas especialmente montadas, tendo como componente principal um

    ou mais elementos resistentes trao, que so introduzidos no terreno, em

    perfurao prpria, nas quais, por meio de injees de calda de cimento (ou outro

    aglutinante) em partes dos elementos, forma um bulbo de ancoragem que ligado

    estrutura atravs do elemento resistente trao e da cabea do tirante (NBR

    5629:2006, p. 1).

  • 12

    Figura 2-2: Partes constituintes de um tirante (YASSUDA e DIAS, 1996)

    Segundo Yassuda e Dias (1996), o ao constituinte do tirante deve suportar o

    esforo com uma segurana adequada em relao ao escoamento e ainda deve ter uma

    proteo adequada contra a corroso, conforme definido na norma brasileira, para

    garantir sua durabilidade. O bulbo no deve se romper por arrancamento e nem

    deforma-se em demasia em funo de cargas de longa durao, por efeito de fluncia,

    com uma margem de segurana adequada. Os valores do fator de segurana da NBR

    5629:2006 so de 1,75 e 1,5 com relao ao arrancamento, respectivamente para

    tirantes definitivos e provisrios.

    A funo bsica do tirante transmitir um esforo externo de trao para o

    terreno, atravs do bulbo. O esforo externo, ao ser aplicado na regio da cabea do

    tirante, transferido para o bulbo de ancoragem atravs do elemento resistente trao,

    normalmente o ao, pertencente ao trecho livre.

    O ao constituinte do tirante deve suportar o esforo com uma segurana

    adequada em relao ao escoamento e ainda deve ter uma proteo adequada contra

    a corroso, conforme definido na NBR 5629:2006, para garantir sua durabilidade.

    Os tirantes podem ser classificados em ativos ou passivos. Os tirantes so ditos

    ativos quando h a protenso dos mesmos, e passivos, quando no so protendidos,

    ou seja, comeam a trabalhar (adquirem carga) apenas quando h deslocamento da

    estrutura em relao ao terreno, passando assim a reagir aos esforos impostos.

    A capacidade de carga do bulbo de ancoragem corresponde carga de

    arrancamento do tirante. Essa capacidade de carga depende das dimenses do bulbo

    (dimetro e comprimento), da presso efetiva ao redor do bulbo e das caractersticas do

    solo ou rocha (ver ainda Yassuda e Dias (1996) e a consulta da NBR 5629:2006).

  • 13

    2.4. Consideraes sobre o conceito de rigidez

    2.4.1. Estaca

    Define-se a rigidez axial (S) de uma estaca pela equao 2-4, podendo ainda ser

    transformada, segundo a Lei de Hooke, na equao 2-5.

    S =

    N0L

    ( 2-4 )

    S =

    EA

    L

    ( 2-5 )

    Onde: N0 Fora aplicada estaca;

    L Deslocamento da estaca na direo longitudinal;

    E Mdulo de elasticidade da estaca;

    A rea da seo transversalda estaca;

    L Comprimento da estaca.

    Segundo Danziger e Danziger (1982), essa definio decorre do fato de se

    admitir a estaca como uma haste bi-rotulada no bloco e em sua ponta, desconsiderando-

    se a ao do solo ao longo do fuste da mesma, ou seja, a carga de compresso ou

    trao admitida constante ao longo do fuste (estaca trabalhando predominantemente

    por ponta).

    Essa hiptese aceitvel quando as estacas atravessam camadas de baixa

    resistncia e se embutem em camadas de alta resistncia, conforme ilustra a Figura 2-3

    (a), onde o fuste da estaca no transmite praticamente nenhuma carga ao solo tornando

    o diagrama de carga normal na estaca praticamente constante. Porm, se a estaca

    trabalha praticamente por atrito em uma camada de solo homogneo e competente, a

    transferncia de carga se d ao longo do fuste e o diagrama de esforo normal no

    mais constante como no caso anterior. Na Figura 2-3 (b) se admitiu transferncia linear

    de carga ao longo do fuste at ser nula na ponta da estaca, sendo a rigidez axial da

    estaca, portanto, a apresentada na equao ( 2-6 ).

    S =

    2EA

    L

    ( 2-6 )

  • 14

    (a) (b)

    Figura 2-3: Transferncia de carga de estacas: (a) camada de baixa resistncia

    seguida de camada de alta resistncia; (b) camada de alta resistncia desde a

    superfcie (adaptado de Danziger e Danziger 1982)

    2.4.2. Tirante

    Como visto no item 2.4.1, o valor da rigidez axial no depende apenas das

    caractersticas geomtricas e de deformabilidade do elemento, mas depende tambm

    de como se d a transferncia de carga entre o elemento e o solo.

    No caso de tirantes, o diagrama de transferncia de carga, conforme Figura 2-4

    constante no trecho livre, visto que neste trecho no h transferncia de carga para o

    solo, e pode ser dita linear no trecho ancorado, fazendo com que o deslocamento (l)

    do topo do tirante seja, portanto

    l =

    N0llAtEl

    + N0la

    2AaEa

    ( 2-7 )

    Sendo: Et e Ea Mdulo de elasticidade do trecho livre e ancorado, respectivamente;

    Al e Aa rea da seo transversal dos trechos livre e ancorado,

    respectivamente;

    ll e la Comprimento do trecho livre e ancorado, respectivamente.

    Segundo Danziger e Danziger (1982), o segundo termo da equao acima

    geralmente desprezvel em comparao ao segundo, logo a equao pode ser

    simplificada para

    l =

    N0llAlEl

    ( 2-8 )

  • 15

    E a rigidez axial do tirante pode ser dada por

    =

    ( 2-9 )

    Figura 2-4: Transferncia de carga de tirantes (adaptado de Danziger e

    Danziger 1982)

    2.5. Atrito Negativo

    2.5.1. Conceitos

    O atrito lateral entre o solo e a estaca considerado negativo quando o recalque

    do solo maior que o recalque da estaca. Esse fenmeno faz com que a argila

    sobrecarregue a estaca, devendo ser considerado no dimensionamento geotcnico e

    estrutural do elemento da fundao. Segundo Velloso e Lopes (2012), os casos em que

    se manifesta o atrito negativo so os seguintes:

    a) Uma estaca cravada, atravs de uma camada de argila mole, amolga um

    certo volume dessa argila. A argila amolgada tende a se adensar sob a ao

    de seu prprio peso, o que faz com que ela recalque em relao estaca

    (Figura 2-5.a). Esse efeito to mais severo quanto mais sensvel for a argila

    e, para as argilas brasileiras, pode ser considerado de pequeno valor1.

    b) O caso mais importante e frequente quando estacas atravessam uma

    camada de argila mole sobre a qual se depositou recentemente um aterro. A

    argila mole, em processo de adensamento, sofre recalques e o atrito negativo

    1 Segundo Zeevaert (1983), pode-se admitir que o volume de argila amolgada seja igual ao volume da estaca. Assim, uma estaca de seo circular de dimetro B, amolga uma coroa circular de espessura da ordem de 0,2B. O atrito negativo decorrente desse efeito

    ser, no mximo, igual ao peso do solo amolgado.

  • 16

    desenvolve-se ao longo das camadas de aterro e de argila mole (Figura

    2-5.b).

    c) Um terceiro caso, semelhante ao segundo, ocorre quando se promove um

    rebaixamento do Ienol d'gua em camada de areia acima de argila mole

    (Figura 2-5.c) ou alvio de presses em camada de areia abaixo de argila

    mole (Figura 2-5.d). Coloca-se a argila mole em processo de adensamento

    e provoca-se o atrito negativo nas estacas executadas naquela obra ou em

    estacas de obras vizinhas2.

    d) As estacas cravadas em solos subadensados, em processo de adensamento

    sob a ao do peso prprio, tambm estaro sujeitas ao atrito negativo.

    e) As estacas cravadas em solos colapsveis que, quando saturados, entram

    em processo de adensamento. Cr-se ter sido essa a causa dos elevados

    recalques em algumas obras do incio da construo de Braslia, quando se

    desconhecia a colapsibilidade da argila porosa I encontrada.

    Figura 2-5: Causas do atrito negativo: (a) adensamento de argila amolgada; (b)

    adensamento de argila por aterro; (c) idem por rebaixamento do lencol d'gua; (d)

    idem por alvio de poropresses em Ienol confinado (Velloso e Lopes, 2012)

    2 Quando se construiu o metro do Rio de Janeiro ao longo da Avenida Presidente Vargas, foram constatados recalques em prdios estaqueados ao longo da avenida

  • 17

    Ainda segundo Velloso e Lopes (2012), em todos os casos mencionados,

    verifica-se que o atrito negativo decorre do adensamento de camadas de solo de baixa

    permeabilidade. Consequentemente, um fenmeno que se desenvolve ao longo do

    tempo, crescendo at atingir um valor mximo. Na bibliografia sobre o assunto, fica claro

    que o atrito negativo um problema de recalque da fundao. Ele no capaz de levar

    ruptura uma estaca por perda da capacidade de carga do solo, pois essa ruptura seria

    precedida de um recalque da estaca em relao ao solo que inverteria o sinal do atrito.

    Teoricamente, pelo menos, seria possvel a ruptura estrutural da estaca, seja por

    compresso, seja por flambagem (Combarieu, 1985).

    Como j foi dito, o atrito negativo quando o recalque do terreno em torno da

    estaca maior do que o da estaca, enquanto que o atrito positivo quando o recalque

    do terreno menor do que o da estaca. Portanto, haver uma certa profundidade onde

    os recalques do solo e da estaca sero iguais, no existindo deslocamento relativo entre

    o solo e a estaca. Essa profundidade recebe o nome de ponto neutro.

    Quando h apenas uma camada de argila mole sobrejacente ao solo

    competente, no h dvida de que o ponto neutro se situa na base dessa camada, ou

    um pouco acima (se ela for muito espessa). Entretanto, em alguns casos da prtica,

    quando h uma sequncia de camadas de baixa consistncia intercaladas por camadas

    de material de melhor qualidade, fica-se em dvida sobre onde estaria situado o ponto

    neutro (ou at que camada se deve considerar geradora de atrito negativo). Nesses

    casos, preciso elaborar um perfil de recalques do terreno provocados pelo aterro, e

    acrescentar uma linha ou perfil que represente o recalque esperado para a estaca; o

    ponto neutro estaria onde os perfis se cruzassem (Velloso e Lopes, 2012).

    2.5.2. Atrito negativo como um carregamento adicional

    O atrito negativo um carregamento adicional que deve ser somado s cargas

    aplicadas no topo da estaca e considerado na capacidade de carga. Segundo

    Combarieu (1985), quando uma estaca atravessa uma camada de solo compressvel

    que se adensa e provoca sobre a estaca um atrito negativo Qn, se no topo da estaca for

    aplicada uma carga permanente Q, tem-se um diagrama de esforos normais na estaca

    como mostrado na Figura 2-6 (a) ou (b).

    Ao se aplicar uma sobrecarga temporria S ao topo da estaca, o diagrama de

    esforos normais tem a configurao mostrada na Figura 2-6 (c), em que a sobrecarga

    S no se soma s foras Qn e Q. Ela provoca deformaes elsticas na estaca, que

    produzem, local e temporariamente, uma reduo do atrito negativo pela inverso do

    deslocamento relativo entre solo e estaca.

  • 18

    Figura 2-6: O atrito negativo como sobrecarga: (a) caso de Qn forte; (b) caso de Qn

    fraco; (c) aplicaes de sobrecargas temporrias (Velloso e Lopes, 2012)

    2.5.3. Carga admissvel de estaca sujeita a atrito negativo

    A norma brasileira NBR 6122:2010 prope, em termos de fator de segurana

    global, que a carga admissvel de uma estaca sujeita a atrito negativo seja calculada

    pela expresso:

    Qadm =

    Qp,ult + Ql,utl

    FS Qn

    ( 2-10 )

    Onde: Qp, ult Capacidade de carga de ponta na ruptura;

    Ql, ult Capacidade de carga lateral positiva na ruptura (que se desenvolve

    abaixo do ponto neutro);

  • 19

    FS Fator de segurana global (cujo emprego conhecido como "mtodo de

    valores admissveis").

    Em termos de fatores de segurana parciais, tambm conhecido como mtodo

    de valores de projeto, a norma estabelece que a carga admissvel pode ser obtida com:

    Qrd =

    Qp,ult + Ql,utl

    x Qn f

    ( 2-11 )

    Onde: x Fator de minorao de resistncias;

    f Fator de majorao das aes.

    Para o valor do fator de segurana e os coeficientes de minorao deve-se

    consultar a NBR 6122:2010.

    2.5.4. Estimativa do atrito negativo

    A seguir so apresentados resumidamente os mtodos de estimativa de atrito

    negativo utilizados neste trabalho.

    2.5.4.1. Mtodo de Johannessen e Bjerrum (1965)

    Johannessen e Bjerrum (1965) realizaram testes em estacas metlicas

    instrumentadas sujeitas a atrito negativo. Durante os testes foram realizadas medidas

    de poropresso, conhecendo-se as tenses efetiva e verificando-se que o atrito negativo

    proporcional tenso efetiva. Com isso o mtodo prope a equao 12 para o clculo

    da carga de atrito lateral mxima (Qn).

    Qn = K. tg('a). U vz

    0 dz

    ( 2-12 )

    Onde: K Coeficiente de empuxo lateral;

    U Permetro da estaca;

    'a ngulo de atrito estaca-solo;

    z Profundidade mxima da camada de argila;

    v Tenso vertical efetiva.

    Segundo os autores, os valores de K. tg('a ) estariam entre 0,18 e 0,26.

    2.5.4.2. Endo et al. (1969)

    Endo et al. apresentou um estudo realizado no Japo em quatro estacas

    cravadas instrumentadas durante trs anos. O perfil do solo no local consiste em um

  • 20

    aluvio sobre um rio cuja primeira camada de solo composta por areia siltosa com

    espessura de 10 m seguida de uma camada de silte de 15 metros de espessura e

    camadas alternadas de limo e silte arenoso com espessura de 19 metros.

    A poropresso no local foi afetada pelo bombeamento na camada de silte inferior

    cuja finalidade era obter gua para uma planta industrial, criando um gradiente

    descendente no local. Tal fator acarretou no adensamento dos solos provocando o atrito

    negativo.

    A Figura 2-7 mostra o perfil do subsolo do terreno, a instrumentao realizada

    na estaca e a instrumentao para medida de poropresso.

    Figura 2-7: Perfil do subsolo e instrumentao (Endo et al, 1969)

    Resumidamente, as principais consideraes sobre o mtodo so:

    Os autores demonstram experimentalmente que o ponto neutro se situa

    entre 0,73 e 0,78 do comprimento da estaca na camada compressvel;

    O mtodo capaz apenas de estimar o atrito negativo mximo mobilizado

    e considera o atrito negativo da estaca na argila como ocorrendo na

    condio drenada;

    O mtodo capaz de levar em conta o comportamento diferenciado de

    estacas com ponta aberta e fechada;

    Segundo Endo et al. (1969), os valores de K. tg() estariam entre 0,30 e

    0,35.

  • 21

    Os autores propem que o valor mximo do atrito negativo (Qn) pode ser dado

    pela equao 15.

    Qn = . K. tg(). U v

    hn

    0

    dz

    ( 2-13 )

    Onde: Coeficiente relacionado com a ponta (1,0 ponta macia, 0,6 ponta aberta);

    K Coeficiente de empuxo lateral;

    U Permetro da estaca;

    ngulo de atrito estaca-solo;

    v Tenso vertical efetiva;

    l Profundidade do ponto neutro (0,73

  • 22

    3. LOCALIZAO DA OBRA E CARACTERIZAO DO

    SUBSOLO

    O terreno onde se encontra a obra abordada neste trabalho est localizado em

    Jacarepagu, municpio do Rio de Janeiro RJ.

    3.1. Mapeamento geolgico-geotcnico da baixada de

    Jacarepagu (1983)

    Segundo Cabral (1983), no mapeamento geolgico-geotcnico da Baixada de

    Jacarepagu foram observados essencialmente dois tipos de solos sedimentares:

    areias marinhas e lagunares e argilas orgnicas com turfas. Este mapeamento envolveu

    aproximadamente 236 km da Regio Sul do Rio de Janeiro. Para elaborao do plano

    piloto de urbanizao, quatro sondagens foram consideradas como tpicas da Baixada

    de Jacarepagu. O terreno em estudo localiza-se prximo da sondagem II, cujo perfil

    evidencia uma camada de argila de aproximadamente 12m de espessura, conforme

    Figura 3-1.

    Figura 3-1: Localizao da rea do mapeamento geolgico-geotcnico no

    Municpio do Rio de Janeiro e sondagem II (Cabral, 1983)

  • 23

    3.2. Perfil Geolgico-geotcnico do terreno

    A autora deste trabalho teve acesso a um total de 109 boletins de sondagem

    executadas no terreno referente ao desenvolvimento deste estudo.

    Tais sondagens indicam a presena de uma camada de argila muito mole com

    espessura varivel. Na parte frontal do terreno, observam-se espessuras de solo mole

    de at 13m, enquanto no fundo do terreno a espessura de solo compressvel chega a

    alcanar apenas 2m.

    Este trabalho ir abordar o reforo de fundao realizado em apenas um trecho

    do terreno, no entanto outras reas tambm sofreram ou sofrero reforo.

    No trecho em questo, existem boletins de sondagem realizados por trs

    campanhas pr-construo (2001, 2004 e 2005) e boletins de sondagem realizados por

    2 campanhas pr-reforo de fundaes (2015 e 2016). Uma das campanhas pr-reforo

    de fundaes indicou impenetrvel percusso devido a provvel rocha ou mataco

    logo abaixo da camada de argila muito mole em todas as suas sondagens. Porm as

    demais campanhas conseguiram avanar pelas camadas de areia, pedregulhos e solo

    residual tambm por percusso. Com isso as sondagens desta campanha no foram

    utilizadas nos dimensionamentos do reforo de fundao abordado neste trabalho.

    A partir das sondagens realizadas pr-reforo de fundao resumidas na Tabela

    3-1 as classificaes dos solos, os valores mnimos e mximos das espessuras das

    camadas e os valores de NSPT .

    Tabela 3-1: Resumo da classificao dos solos, espessuras das camadas e

    valores de NSPT

    Camada Classificao

    Espessura (m) NSPT

    Mnima Mxima Mnimo Mximo

    1 Aterro 3 4,35 1 16

    2 Areia fina e mdia fofa 0 1,65 4 4

    3 Argila muito mole

    cinza escura 7,45 10 0/100 2/30

    4 Argila pouco arenosa 0 1,3 8 24

    5

    Areia mdia pouco compacta a/ou medianamente compacta cinza

    0 2,56 6 16

    6 Pedregulhos 0 0,24 - -

    7 Solo residual 1,23 22,06 3 62

  • 24

    4. DESCRIO DO PROJETO ORIGINAL

    A obra original iniciou-se em 2004 com a construo da primeira camada de

    aterro e teve sua inaugurao em 2008, aps a construo dos edifcios. Nos itens

    seguintes deste captulo sero descritos os tipos de aterro adotados na obra, alm das

    estacas de fundao tanto dos prdios como do aterro estruturado, algumas

    caractersticas dos edifcios e a provvel causa dos recalques responsveis pela obra

    de reforo de fundaes e renivelamento de edifcios.

    4.1. O Aterro

    O terreno recebeu aterros executados em duas etapas. A primeira etapa

    constituiu-se do aterro de conquista, com espessura prxima de 60 cm. A segunda

    refere-se aos aterros at a cota de soleira; Somado ao aterro de conquista totaliza 3,00

    a 4,35 m de espessura na regio do terreno abordada neste trabalho.

    Na segunda etapa foi realizado o aterro reforado e estaqueado em todo o

    terreno, exceto nos fundos, onde a camada de solo mole pequena e abaixo de onde

    seriam construdos os prdios. Nestes locais foram adotados aterros convencionais.

    Para distribuir as tenses verticais para as estacas e suportar a carga do aterro,

    foram utilizadas geogrelhas com alto mdulo de resistncia, permitindo um maior

    espaamento entre as estacas, fator que contribuiu na poca para reduo do prazo e

    dos custos envolvidos na obra. Um esquema geral do aterro estruturado pode ser visto

    na Figura 4-1.

  • 25

    Figura 4-1: Esquema geral do aterro estruturado

    A sequncia construtiva adotada estabelecia a instalao da geogrelha sobre os

    capitis e emenda por transpasse de 0,5 m de largura costuradas com corda de

    polister. Na Tabela 4-1 so apresentados os parmetros de projeto do aterro

    estruturado.

    Tabela 4-1: Parmetros de projeto do aterro estruturado

    Configurao da malha Malha quadrada

    Tipo de estacas Pr-moldadas de concreto

    Dimenses da seo transversal das estacas (cm)

    20x20

    Comprimento das estacas (m) Varivel

    Tipo e largura do capitel (m) Concreto moldado "in loco" 1,00x1,00

    Tipo e camadas de geogrelha uma camada de geogrelha biaxial com 200,0 kN/m FORTRAC R 200/200 - 30

    Altura de aterro sobre o reforo (m) Varivel

  • 26

    4.2. As estacas

    O aterro estruturado possui aproximadamente dez mil estacas e o conjunto de

    prdios mais duas mil, totalizando doze mil estacas, todas pr-moldadas. Parte das

    estacas de concreto protendido (fabricao Benaton e Protendit) e parte, em concreto

    extrusado (fabricao Cassol). No aterro estruturado foram utilizadas estacas de

    20x20cm da Benaton e da Cassol e, na rea dos prdios, estacas de 23, 26, 33,

    38, 42, 50 e 52 cm da Benaton e 21,5x21,5, 23,5x23,5, 36, 42 e 52 cm da

    Protendit.

    A execuo do estaqueamento foi feita com base na norma NBR 6122:1996 e

    para garantir uma adequada uniformidade de cravao e reduzir o risco de mau

    desempenho das fundaes foram realizadas as seguintes medidas de controle de

    estaqueamento:

    Medio de dois valores de nega para 10 golpes com altura de queda

    estabelecida, no final da cravao de cada estaca;

    Medio de 10 valores de repique nas estacas mais prximas as

    sondagens;

    Execuo de diagrama de cravao para todas as estacas do aterro

    estruturado. Vale salientar que a norma recomenda a sua execuo em

    pelo menos 20 % das estacas da obra;

    Execuo de provas de carga esttica e dinmica;

    Verificao de possveis danos integridade das estacas cravadas com

    elementos de pouca idade, atravs da avaliao da resistncia

    compresso do concreto ps-cravao de corpos de prova retirados por

    carotagem de 4 estacas de pouca idade com maior nmero de golpes.

    Pela norma, deveriam ser realizadas 120 provas de carga esttica ou 360

    ensaios de carregamento dinmico, porm foram realizados somente 8 provas de carga

    esttica, todas no aterro estruturado, e 85 ensaios de carregamento dinmico.

    Todas as provas de carga esttica apresentaram fatores de segurana maiores

    do que 2. J as provas de carga dinmica obtiveram 24 resultados inferiores ao fator de

    segurana mnimo com relao resistncia mobilizada, no entanto nenhuma

    apresentou dano estrutural.

  • 27

    Com isso as seguintes medidas foram tomadas:

    Uma das estacas foi recravada e obteve fator de segurana 2, em

    relao resistncia mobilizada, aps a recravao;

    As estacas pertencentes a dois dos prdios que constituem o

    empreendimento tiveram a realizao de novos ensaios dinmicos;

    Reavaliao das fundaes empregando fator de segurana igual a 2

    nos valores de carga de ruptura obtidos nos ensaios dinmicos para

    duas estacas de um dos prdios, ou seja, foram determinados novos

    valores de carga admissvel.

    O restante das estacas com fator de segurana inferior a 2 foi aceito

    aps anlise das estacas vizinhas atravs dos grficos de controle de

    estaqueamento e tendo em vista os valores das cargas atuantes nas

    mesmas.

    4.3. Os Prdios

    Algumas informaes a respeito dos prdios abordados neste trabalho so

    apresentadas na Tabela 4-2.

    Tabela 4-2: Dados dos prdios

    Prdio Tipo de

    estrutura N de

    pavimentos Vedao externa Vedaes internas

    CP 4 Estrutura Metlica

    2 Vidro Alvenaria e gesso

    acartonado

    CP 5 Estrutura Metlica

    2 Vidro Alvenaria e gesso

    acartonado

    CP 6 Estrutura Metlica

    2 Vidro Alvenaria e gesso

    acartonado

    CL Concreto Armado

    2 Alvenaria e vos

    abertos Alvenaria e gesso

    acartonado

    SA Concreto Armado

    2 Alvenaria Alvenaria e gesso

    acartonado

    Esses e os demais prdios que esto sofrendo reforo de fundao fazem parte

    de uma rea de aproximadamente um tero da rea total do terreno. No entanto, j

    existem informaes que outros prdios alm desta rea de um tero tambm

    precisaro de reforo futuramente.

  • 28

    4.4. Diagnstico do problema

    Acredita-se que o mau desempenho das fundaes das edificaes ocorreu

    devido ruptura, no aterro estruturado, da geogrelha nas regies de contato com os

    capitis, onde h grande concentrao de tenses. Essa ruptura fez com que as tenses

    verticais do aterro acima da geogrelha passassem a ser suportadas pela argila mole,

    gerando, alm de atrito negativo, esforos horizontais conhecidos como efeito

    Tschebotarioff nas estacas de fundao dos edifcios.

    Como no era esperado que este fenmeno ocorresse, as estacas de fundao

    dos edifcios, provavelmente, no foram dimensionadas para resistir aos esforos

    devido ao atrito negativo e ao efeito Tschebotarioff, passando a apresentar mau

    desempenho.

  • 29

    5. SOLUES ADOTADAS PARA OS REFORO DE

    FUNDAES

    Para reforar as fundaes comprometidas foi utilizado basicamente dois tipos

    de soluo:

    Uso simultneo de estacas tipo raiz e tirantes, encimados por viga;

    Estacas tipo raiz ligadas por bloco de coroamento.

    Ambas as solues apresentam certas especificidades a depender da fundao

    a qual ir reforar.

    As vigas com uso simultneo de estacas tipo raiz e tirantes foram incorporadas

    s estruturas existentes de duas formas:

    (i) Ligada ao bloco da estaca original por meio de chumbadores, quando o

    bloco se encontrava prximo a superfcie (Figura 5-1);

    (ii) Ligada ao pilar atravs de um perfil metlico, quando o bloco da estaca

    original se encontrava mais profundo (Figura 5-2).

    Figura 5-1: Reforo de fundao com uso simultneo de estaca tipo raiz e tirante,

    ligado ao bloco da fundao original

    Figura 5-2: Reforo de fundao com uso simultneo de estaca tipo raiz e tirante,

    ligado ao pilar original atravs de perfil metlico

  • 30

    A utilizao simultnea de estaca e tirante se torna interessante por possibilitar

    a execuo da nova estaca com uma certa distncia do pilar. Admitindo-se, por

    hiptese, que a estaca da fundao original no seja mais capaz de suportar qualquer

    carga, tem-se um sistema isosttico em uma viga com uma carga aplicada em um

    extremo, de tal forma que se tem um elemento (estaca de reforo) trabalhando

    compresso e outro elemento (tirante) trao (Figura 5-1 e Figura 5-2)

    Os tirantes, por sua vez, so alternativas interessantes pois permitem uma

    protenso inicial, que no caso de estacas trao convencionais (sem protenso), no

    seria possvel, visto que estas necessitam de um recalque do pilar para que passe a

    transmitir carga para o terreno. Essa protenso inicial reduz a carga na estaca antiga

    reduzindo, com isso, os recalques do pilar e, quando a estaca antiga no trabalha mais,

    a pr-protenso reduz os recalques do pilar necessrios para deformao do trecho livre

    dos tirantes.

    Uma segunda soluo de reforo empregada, mais convencional, foi tambm

    utilizada, tal como ilustrado na Figura 5-3. Nessa soluo estacas tipo raiz foram

    executadas em substituio pr-moldada existente, e um novo bloco de coroamento

    envolveu o bloco de coroamento original. Esta soluo foi empregada nos casos em que

    era possvel o acesso do equipamento de execuo de estaca raiz, em funo de p

    direito elevado e inexistncia de paredes.

    Uma terceira soluo empregada ilustrada na Figura 5-4, relativa ao poo dos

    elevadores. Em funo da condio de acesso dos equipamentos, as estacas de reforo

    foram executadas externamente aos pilares parede existentes, os quais foram

    envolvidos por uma viga de concreto armado.

    Figura 5-3: Reforo de fundao convencional com uso de estacas raiz

  • 31

    Figura 5-4: Reforo de fundao com uso de estaca raiz para pilares parede dos

    elevadores posio das estacas do PES 3 e PES 4

    5.1. As estacas

    As cargas de trabalho consideradas no dimensionamento das estacas foram de

    600 kN e 700 kN. Acrescidas a essas cargas no dimensionamento, devem ser

    considerados o atrito negativo calculado no item 7.1.3 e o peso dos blocos.

    Os primeiros 18 metros das estacas foram revestidos por tubo de PVC, salvo

    algumas excees onde esse comprimento foi um pouco inferior, porm no menor que

    o comprimento entre a superfcie do terreno e o ponto neutro. A finalidade do

    revestimento em PVC a de se reduzir o atrito negativo das camadas de argila mole e

  • 32

    aterro nas estacas tipo raiz, visto que o ngulo de atrito entre o solo e este material

    inferior ao ngulo de atrito entre o solo e a argamassa.

    Os boletins de sondagem utilizados para o dimensionamento foram os realizados

    em 2015 e 2016 pela campanha que avanou alm da camada de pedregulhos. Nos

    casos em que o comprimento em solo no foi suficiente para garantir a carga de trabalho

    as estacas foram embutidas em rocha.

    Foram obtidos diferentes comprimentos de estacas, e para facilitar a execuo

    da obra, foram adotadas trs alternativas, a serem seguidas no momento da execuo:

    Nos casos em que a perfurao encontrasse o macio rochoso a menos de 20

    metros de profundidade, existindo menos de 4 metros de perfurao em solo

    competente, a estaca avanaria no mnimo 2 metros em rocha (Figura 5-5a);

    Nos casos em que a perfurao encontrasse macio rochoso entre 20 e 27

    metros de profundidade, existindo menos de 10 metros de material competente,

    a estaca avanaria, no mnimo, 1 metro em rocha (Figura 5-5b);

    Nos casos em que a perfurao no encontrasse macio rochoso at 27 metros

    de profundidade, a estaca avanaria 10 metros em solo competente e no

    precisaria avanar na rocha (Figura 5-5c).

  • 33

    (a) (b) (c) Figura 5-5: Alternativas de execuo das estacas raiz

    5.2. Os tirantes

    Os tirantes utilizados foram os de fabricao Resinex e Incotep, de 32mm, cujas

    cargas de trabalho permanente mximas so 350 kN.

    Assim como as estacas raiz, os primeiros 18 metros dos tirantes foram revestidos

    por tubo de PVC, sendo este comprimento correspondente ao trecho livre.

  • 34

    Para facilitar a execuo da obra foram adotadas duas alternativas de

    comprimento para o bulbo de ancoragem: uma de 10 metros de comprimento em solo

    competente e outra de 5 metros em rocha s.

    Em todos os casos, o trecho livre do tirante de 18 metros, sendo o restante

    ancorado. Nos casos em que a espessura de solo competente foi inferior a 10 metros,

    foram avanados mais 5 metros em rocha, no considerando o trecho ancorado em

    solo. Este critrio se deve rocha ser mais solicitada que o solo ao ser aplicada a carga

    no tirante, visto que a deformao para mobilizar a resistncia lateral em rocha

    significativamente menor do que a deformao necessria para mobilizar a resistncia

    lateral em solo.

    As cargas de protenso dos tirantes foram calculadas considerando-se sistemas

    isostticos com as vigas em balano na regio das estacas antigas (Figura 5-6). As

    cargas provenientes dos pilares adotadas nos clculos foram, onde houve

    renivelamento, as cargas indicadas nos macacos ao final do processo. J nos locais

    onde no houve renivelamento, adotou-se como critrio 80 % da carga dos pilares do

    projeto original de fundaes dos prdios.

    Figura 5-6: Exemplo de sistema estrutural e esforos solicitantes

  • 35

    6. RENIVELAMENTO DE ESTRUTURAS

    Devido aos grandes recalques diferenciais, 8 pilares metlicos e 4 pilares parede

    em concreto armado, em diferentes prdios, foram renivelados at atingirem as

    posies mais prximas possveis dos seus nveis e prumos originais.

    Os 8 pilares metlicos so localizados na periferia dos edifcios residenciais,

    denominados aqui de CP, formados por dois pavimentos, em estrutura metlica com

    vidro como vedao para o ambiente externo. Ou seja, como todos as fundaes

    reforadas destes prdios so perifricas, conclui-se que as estruturas dos edifcios no

    possuem rigidezes suficientes para transferir as cargas dos pilares perifricos para os

    pilares internos, fazendo com que os externos recalcassem junto com as suas estacas

    de fundao, que provavelmente romperam devido ao efeito Tschebotarioff.

    Tal observao fundamental, visto que, segundo Barata (1986), quanto mais

    flexvel a estrutura , mais os recalques tm a tendncia de no se uniformizarem em

    relao hiptese de estrutura com rigidez alta.

    Quanto aos quatro pilares-parede do prdio CL, os mesmos fazem parte das

    estruturas de dois elevadores de um edifcio em concreto armado cujas regies de

    maiores recalques apresentam vo abertos, com guarda-corpos ou com vedao em

    alvenaria.

    Na Tabela 6-1 so apresentados a quais prdios pertencem os pilares

    renivelados e os desnveis vencidos por eles ao serem macaqueados at seus nveis

    originais.

    Tabela 6-1: Pilares renivelados

    Prdio Pilar

    Desnvel vencido

    (mm)

    CP-4 P39 140

    P41 300

    CP-5 P50 50

    P58 40

    CP-6

    P49 60

    P53 210

    P55 50

    CL

    PES1 202

    PES2 264

    PES3 271

    PES4 282

  • 36

    Para a realizao do renivelamento foram executadas estruturas para

    transferncia da carga proveniente dos macacos. Para os pilares metlicos foram

    executadas estruturas ilustradas na Figuras 6-1 e 6-2 e para os pilares parede foram

    executadas as estruturas conforme as Figuras6-3, 6-4, 6-5 e 6-6.

    Figura 6-1: Esquema da estrutura para renivelamento de pilar metlico (CP5-P50)

    Figura 6-2: Estrutura para renivelamento de pilar metlico

  • 37

    Figura 6-3: Esquema da estrutura para renivelamento dos pilares parede PES3 e

    PES4 em planta

    Figura 6-4: Detalhes da estrutura para renivelamento dos pilares parede PES3 e

    PES4 em vista

  • 38

    Figura 6-5: Esquema da estrutura para renivelamento dos pilares parede PES3 e

    PES4 em vista

    Figura 6-6: Mos francesas para renivelamento do pilar PES 3

  • 39

    A autora deste trabalho elaborou o procedimento e acompanhou o renivelamento

    dos pilares P50 e P58 do prdio denominado CP-BL5 e dos pilares PES3 e PES4 do

    prdio denominado CL, os quais sero descritos nos itens 6.1 e 6.2, junto com as

    observaes e mudanas que foram necessrias ao longo da execuo.

    6.1. Renivelamentos dos pilares P50 e P58

    Para a elevao dos pilares P50 e P58 em 50mm e 40mm, respectivamente, foi

    realizado um procedimento visando, alm do renivelamento, o registro dos

    deslocamentos verticais do tirante, da viga na regio da nova estaca e no bloco sobre a

    estaca original. Essas medidas tinham como objetivo tentar obter dados para se estudar

    suas cargas de trabalho e suas rigidezes. Os detalhes e estudos tericos acerta destes

    deslocamentos encontram-se no captulo 7.

    Figura 6-7: Reforo de fundaes do prdio CP-BL5 indicao dos pilares

    macaqueados em planta

    O procedimento constitudo das seguintes etapas:

    1. Execuo das estruturas de reao dos macacos nos pilares (Figuras 6-1 e 6-2) e

    das estruturas em madeira para suporte dos extensmetros nos tirantes (Figura

    6-8a), nas vigas de distribuio na regio das estacas raiz (Figura 6-8b), e nos

    blocos das estacas antigas (Figura 6-8c);

  • 40

    (a) (b)

    (c)

    Figura 6-8: Posicionamento do extensmetro: (a) no tirante; (b) na regio da viga

    sobre a nova estaca; (c) no bloco abaixo do pilar

    2. Posicionamento dos macacos hidrulicos, placas e porcas para reao nos tirantes

    (Figura 6-9);

    Figura 6-9: Posicionamento de macaco hidrulico em tirante

  • 41

    3. Posicionamento de todos os extensmetros o mais perpendicular possvel

    horizontal;

    4. Leitura inicial dos extensmetros nos tirantes, nas vigas de distribuio na regio

    das estacas raiz e nos blocos das estacas antigas;

    5. Leitura inicial das inclinaes das vigas com a horizontal atravs de medidor de

    ngulo;

    6. Protenso dos tirantes das duas vigas at carga de 5 tf para reduzir uma parcela da

    carga das estacas antigas;

    7. Leitura dos extensmetros nos tirantes, nas vigas de distribuio na regio das

    estacas raiz e nos blocos das estacas antigas;

    8. Leitura das inclinaes das vigas com a horizontal atravs de medidor de ngulo;

    9. Corte dos pilares;

    10. Aplicao de carga nos macacos de nivelamento dos pilares:

    Estgio 1:

    a. Aplicao de carga no macaco de elevao do pilar P50 (viga 3), at que

    o mesmo se elevasse 1 cm;

    b. Realizao de leitura nos 6 extensmetros, 2 medidores de ngulo e 4

    macacos.

    Estgios 2, 3, 4 e 5:

    a. Aplicao de carga simultnea nos macacos de elevao dos pilares P50

    e P58 (vigas 3 e 1), at que os mesmos se elevassem 1 cm em cada

    estgio;

    b. Realizao de leitura nos 6 extensmetros, 2 medidores de ngulo e 4

    macacos.

    11. Protenso e incorporao dos tirantes, reduzindo a carga destinada estaca antiga;

    12. Realizao da leitura nos 6 extensmetros, 2 medidores de ngulo e 2 macacos

    aps a protenso;

    13. Instalao dos prolongamentos dos pilares metlicos (Figura 6-10) e retirada dos

    macacos dos pilares;

  • 42

    (a) (b)

    Figura 6-10: Prolongamento dos pilares metlicos (a) detalhes das fases (b) pilar

    com prolongamento finalizado

    14. Realizao da leitura nos 6 extensmetros, 2 medidores de ngulo e 2 macacos de

    protenso dos tirantes;

    15. Realizao de leitura nos extensmetros e medidores de ngulo uma vez ao dia

    durante 7 dias;

    16. Corte das barras dos tirantes e proteo das cabeas.

    As cargas aplicadas e os respectivos deslocamentos dos pilares, seguindo os

    estgios conforme o passo 10 do procedimento, encontram-se na Tabela 6-2.

  • 43

    Tabela 6-2: Cargas aplicadas pelos macacos e respectivos deslocamentos dos pilares

    Estgio Pilar Carga aplicada (kN) Deslocamento (mm)

    1 P58 0 0

    P50 160 10

    2 P58 122 10

    P50 226 20

    3 P58 149 20

    P50 263 30

    4 P58 173 30

    P50 293 40

    5 P58 186 40

    P50 319 50

    Esse procedimento de renivelamento foi realizado de forma instrumentada para

    possibilitar a comparao do comportamento real deste reforo de fundao com os

    resultados tericos calculados no captulo 7. No entanto, como os deslocamentos

    esperados exigem uma sensibilidade alta, mesmo que os extensmetros atendessem a

    esta sensibilidade, as interferncias externas ao sistema, como o contato dos operrios

    com as estruturas de apoio dos extensmetros, os fortes ventos ocorridos aps o

    renivelamento e as variaes de temperatura, restringiram a confiana na leitura dos

    extensmetros.

    6.2. Renivelamento dos pilares PES 3 e PES 4

    Os pilares PES3 e PES4 so pilares-parede constituintes de um dos dois

    elevadores do prdio com estrutura em concreto armado denominado neste trabalho de

    CL, que possui 2 andares.

    Para a preparao do renivelamento, seguiu-se as seguintes etapas:

    1. Instalao das estruturas de reao dos macacos nos pilares, incluindo consolos,

    mos francesas e perfis metlicos, conforme Figura 6-4;

    2. Instalao das escoras com mos francesas em perfil metlico W200x22.5 (Figura

    6-5) para reforo das vigas nas periferias dos elevadores e para o auxlio na

    transmisso dos esforos durante o procedimento de renivelamento;

    3. Verificao de todas as soldas por inspetor de solda qualificado;

    4. Verificao do escoramento existente nas reas perifricas aos elevadores (Figura

    6-5), seguida de retirada quando apresentavam risco de queda;

    5. Instalao dos indicadores dos deslocamentos e dos nveis de pedreiro a serem

    observados ao longo do renivelamento nos 2 perfis ilustrados na Figura 6-11;

  • 44

    Figura 6-11: Arranjo dos conjuntos macaco-manmetro-bomba e localizao dos

    indicadores de deslocamento nas posies 1, 2, 3 e 4

    6. Escavao entre as vigas VB e VC e os blocos originais dos pilares PES3 e PES4,

    de forma que os blocos originais pudessem ser erguidos, conforme Figura 6-12;

    Figura 6-12: Regio a ser escavada entre os blocos antigos e as novas vigas

    7. Posicionamento dos macacos hidrulicos e ligao com as bombas, conforme

    Figura 6-11;

    Feita a preparao deu-se incio ao macaqueamento para renivelamento dos

    pilares. Este procedimento foi realizado em duas tentativas. Na primeira tentativa, os

  • 45

    macacos foram acionados para elevao dos pilares sem que os mesmos fossem

    desconectados das estacas antigas, ou seja, seriam elevados os pilares, os blocos e as

    estacas pr-moldadas simultaneamente.

    Com isso, para se dimensionar as cargas dos macacos e as estruturas metlicas

    de auxlio para o renivelamento, partiu-se do critrio de que a carga necessria para

    elevao do conjunto seria algo em torno de duas vezes o peso prprio da estrutura,

    considerando as estacas trabalhando apenas por atrito lateral. Esta considerao a

    favor da segurana, visto que, como demonstravam os recalques, as estacas j

    possuam a resistncia de ponta mobilizada, ou seja, parte da transferncia da carga se

    dava pela ponta da estaca, sendo o atrito lateral inferior ao peso prprio da estrutura.

    A partir dos esforos da superestrutura indicados na Tabela 6-3, estimou-se que

    a carga de reao das estacas estava em torno de 1.860 kN e que esta carga estaria

    toda sendo transferida para o solo por atrito do fuste da estaca. Portanto, esperava-se

    que um conjunto de macacos com capacidade superior a 3.720 kN seria o suficiente

    para realizao do renivelamento, caso no houvessem interferncias desconhecidas

    no subsolo dificultando a movimentao das estacas pr-moldadas e dos blocos.

    Tabela 6-3: Esforos da superestrutura do elevador dos pilares PES3/PES4

    Peso prprio dos blocos existentes (kN) 148

    Peso prprio das estruturas metlicas existentes (kN) 80

    Peso prprio dos pilares PES 3/4 (kN) 310

    Carga dos pilares PES 3/4 (kN) 1.320

    Carga total (kN) 1.860

    Deu-se incio ao renivelamento utilizando como referncia a Tabela 6-3, visto

    que neste momento inicial ainda era desconhecida a proporo de cargas entre os

    pilares e entre as suas regies (as cargas solicitantes dos pilares no se do de forma

    centralizada).

    O critrio utilizado era o de se aplicar as cargas de acordo com a base

    apresentada na Tabela 6-3 nos 4 macacos simultaneamente at que os pilares se

    deslocassem 2mm, ajustando as presses quanto fosse necessrio, ou seja, quando se

    percebesse uma elevao maior em um dos pontos de aplicao, adquirindo com isso

    conhecimento a respeito da distribuio de cargas entre os pontos dos pilares. Esse

    conhecimento da proporo entre as cargas a serem aplicadas nos macacos tinha como

    finalidade manter a elevao de forma igual em todos os pontos no decorrer do

  • 46

    processo, eliminando o recalque diferencial entre os pilares apenas no final do

    renivelamento.

    A ideia inicial era manter uma proporo de 1,5:1 entre as cargas aplicadas nos

    macacos do sistema 1 e as cargas dos sistemas 2 e 3 (Figura 6-11), ajustando-as de

    acordo com os deslocamentos observados at se descobrir a real proporo entre as

    cargas. Para auxlio durante o macaqueamento, foi consultada a Tabela 6-4.

    Tabela 6-4: Referncia de cargas a serem aplicadas pelos macacos no

    primeiro estgio do renivelamento

    Carga no macaco (tf)

    Presso macaco 1 ou 2 (kgf/cm)

    Carga no macaco (kN)

    Presso macaco 3 ou 4 (kgf/cm)

    150 42 100 75

    300 84 200 150

    450 126 300 226

    600 168 400 301

    750 210 500 376

    900 252 600 451

    1050 294 700 526

    1200 336 800 602

    1350 378 900 677

    1500 420 1000 752

    Com isso, foram aplicadas as cargas apresentadas na Tabela 6-5, obtendo-se

    os deslocamentos apresentados na mesma tabela para os pontos de 1 a 4 (indicados

    na Figura 6-11).

    Tabela 6-5: Cargas aplicadas pelos macacos no primeiro estgio do

    renivelamento e deslocamentos dos pilares

    Macaco Presso (kgf/cm)

    Fora (kN)

    Ponto Deslocamento

    (mm)

    F1/F4 e

    F2/F3

    Estgio 1

    M1 125 446,2 1 2

    1,34 M2 125 446,2 2 2

    M3 250 332,5 3 2,5

    M4 250 332,5 4 2,5

    As cargas foram elevadas at alcanar praticamente o limite de presso das

    bombas dos macacos, como pode ser visto na Tabela 6-6, sem que houvesse avanos

    significativos nos deslocamentos dos pilares-parede que j comeavam a formar

  • 47

    pequenas fissuras na regio das vigas metlicas em perfil W200X86 posicionadas entre

    os pilares-parede (Figura 6-4).

    Tabela 6-6: Cargas aplicadas pelos macacos no segundo estgio do

    renivelamento e deslocamentos dos pilares

    Estgio 2

    Macaco Presso (kgf/cm)

    Fora (tf)

    Ponto Deslocamento

    (mm)

    F1/F4 e

    F2/F3

    1

    M1 300 1071,0 1 5

    1,79 M2 300 1071,0 2 5

    M3 450 598,5 3 4

    M4 450 598,5 4 4

    2

    M1 420 1499,4 1 5

    1,68 M2 420 1499,4 2 5

    M3 670 891,1 3 4

    M4 670 891,1 4 4

    Concluiu-se que as estaca e os blocos estariam presos e que a melhor soluo

    seria a desconexo destes com os pilares. Assim os pilares seriam renivelados

    sozinhos, sem a contribuio de fatores externos desconhecidos, solicitando menos as

    estruturas metlicas utilizadas para o renivelamento e os prprios pilares-parede.

    Para a realizao do corte dos pilares-parede e das paredes do poo do elevador

    que deveriam ser elevadas juntamente com os pilares, reduziu-se as cargas aplicadas

    aos macacos at um pouco acima da carga total no elevador. Adotou-se uma proporo

    de 2,4:1 entre as cargas aplicadas nos macacos do sistema 1 e as cargas dos sistemas

    2 e 3 (Figura 6-11) por recomendao do consultor estrutural. De acordo com a Tabela

    6-3, a carga total do elevador seria de 1712 kN, visto que os blocos no seri