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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
Escola Politcnica
COMPARAO ENTRE MTODOS DE DIMENSIONAMENTO E INFLUNCIA DOPROCESSO EXECUTIVO NO COMPORTAMENTO DE ESTACAS HLICE
Raphael Martins Mantuano
2013
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COMPARAO ENTRE MTODOS DE DIMENSIONAMENTO E INFLUNCIA DOPROCESSO EXECUTIVO NO COMPORTAMENTO DE ESTACAS HLICE
Raphael Martins Mantuano
Projeto de Graduao apresentado aoCurso de Engenharia Civil com nfaseem Geotecnia da Escola Politcnica,Universidade Federal do Rio deJaneiro como parte dos requisitosnecessarios obteno do ttulo deEngenheiro Civil.
Orientadores:
Gustavo Vaz de Mello Guimares
Fernando Artur Brasil Danziger
Rio de janeiro
Agosto de 2013
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COMPARAO ENTRE MTODOS DE DIMENSIONAMENTO E INFLUNCIA DOPROCESSO EXECUTIVO NO COMPORTAMENTO DE ESTACAS HLICE
Raphael Martins Mantuano
Projeto de Graduao submetido ao corpo docente do Curso de Engenharia Civil comnfase em Geotecnia da Escola Politcnica da Universidade Federal do Rio de Janeirocomo parte dos requisitos necessrios obteno do grau de Engenheiro civil.
Examinado por:
_____________________________________________________Gustavo Vaz de Mello Guimares, M.Sc.
_____________________________________________________Fernando Artur Brasil Danziger, D.Sc.
_____________________________________________________Francisco de Rezende Lopes, Ph.D.
Rio de janeiro
Agosto de 2013
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Mantuano, Raphael MartinsComparao entre os mtodos de
dimensionamento e influncia do processo executivono comportamento de estacas hlice. / Raphael MartinsMantuano. Rio de janeiro: UFRJ/ Escola Politcnica,2013.
XI, 87 p.: il.; 29,7cm.Orientadores: Gustavo Vaz de Mello
Guimares e Fernando Artur Brasil Danziger.Projeto de Graduao UFRJ/ Escola
Politcnica / Curso de Engenharia Civil, 2013.Referncias Bibliogrficas: p. 85 - 87.1. Capacidade de carga. 2. Estacas hlice. 3.
Processo executivo. 4. Provas de carga.I. Guimares, Gustavo Vaz de Mello et al . II.
Universidade Federal do Rio de Janeiro, EscolaPolitcnica, Curso de Engenharia Civil. III.Comparao entre mtodos de dimensionamento einfluncia do processo executivo no comportamento deestacas hlice.
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Dedico este projeto aos
meus pais, Hermes e
Cludia e minha irm,
Renata, por me amarem e
me apoiarem em todos os
momentos.
Amo m ui to
to do s v oc s.
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AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, irm, e av pela pacincia e incentivo durante todo este tempo em que
tive muitas vezes que me ausentar do convvio familiar e me dedicar para alcanar
este objetivo, muito obrigado!
Agradeo ao Professor Gustavo Vaz de Mello Guimares por ter acreditado desde o
incio na realizao deste trabalho e ter desprendido um longo tempo em prol de me
ajudar, proporcionando uma excelente orientao.
Ao Professor Fernando Artur Brasil Danziger, por ter me apoiado desde o incio e por
toda motivao demonstrada sempre que conversamos sobre este trabalho, alm das
orientaes profissionais dadas ao longo de todo este tempo de graduao.
A Eng Fernanda Santos, por me fornecer todos os dados para que o trabalho fosse
realizado, e por todo apoio e incentivo prestado. Muito obrigado!
A todos os colegas de faculdade por toda ajuda que me concederam, sendo sempre
solicitos e dispostos a contribuir para a minha vitria. Muito obrigado!
Aos professores que me incentivaram e contriburam para minha formao, mesmo
aqueles que me fizeram perder o sono, pois graas a eles, aprendi a superar meuslimites e nunca desistir.
A todos os amigos feitos na engenharia, em especial aos meus colegas de trabalho da
Concremat Engenharia, obrigado pelo apoio e incentivo sempre.
A ti, Deus, por tudo isso, porque at aqui me ajudou o Senhor.
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Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica / UFRJ comoparte dos requisitos para a obteno do grau de Engenheiro Civil.
Comparao entre mtodos de dimensionamento e influncia do processo executivono comportamento de estacas hlice.
Raphael Martins Mantuano Agosto / 2013
Orientadores: Gustavo Vaz de Mello Guimares
Fernando Artur Brasil Danziger
Curso: Engenharia Civil
Duas estacas tipo hlice, com 500 mm de dimetro, foram executadas esubmetidas a provas de carga esttica de compresso. Os procedimentos adotadospara execuo das estacas foram distintos. Uma das estacas, denominada estacapiloto 1, foi executada com cerca de 22 m de profundidade e de acordo com oprocedimento padro de uma estaca hlice contnua descrito pela NBR 6122/2010. Aoutra estaca, denominada estaca piloto 2, foi executada com cerca de 20 m deprofundidade e teve seu procedimento de execuo alterado em relao aosprocedimentos descritos em norma. Sua execuo foi realizada de forma a combinardois procedimentos existentes na norma, ou seja, o procedimento padro para estacahlice contnua (com retirada de solo) e estaca hlice de deslocamento (comdeslocamento de solo, neste caso, somente na regio da ponta da estaca). Os ensaiosforam realizados em solo sedimentar da Barra da Tijuca / RJ e foram utilizados demodo a nortear o projeto das fundaes de um empreendimento privado, no sendoparte integrante das fundaes do mesmo. A partir dos ensaios foram geradas ascurvas carga versus deslocamento das estacas, sendo estas interpretadas de forma aobter as cargas de ruptura por intermdio de trs critrios distintos. Diante disto, paraa estaca piloto 1, os resultados de capacidade de carga estimados pelos mtodossemi-empricos se apresentaram de forma satisfatria. J para a estaca piloto 2 osresultados foram contra a segurana.
Palavra chave: Capacidade de carga, Estacas hlice, Processo executivo, Provas decarga.
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Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment ofthe requirements for the degree of Civil Engineer.
The influence of execution process in the behavior of flight auger pile
Raphael Martins Mantuano August / 2013
Orientadores: Gustavo Vaz de Mello Guimares
Fernando Artur Brasil Danziger
Course: Civil Engineering
A pair of flight auger pile, measuring 500 mm of diameter, were executed andsubmitted to static load tests of compression. The proceedings adopted for pilesexecution were distinct. The pile, called test pile 1, was executed with approximately22 m of depth, according to the Brazilian standard procedure of continuous flight augerpile, NBR 6122/2010. The other one, called test pile 2, was executed withapproximately 20 m of depth, and had its execution process changed in relation to the
proceeding described by Brazilian code. Its execution had realized to combine twoproceedings. The standard proceeding for continuous flight auger pile (with removal ofsoil) and displacement flight auger pile (displacement with soil, in this case, only theregion of the pile base). The tests were performed on sedimentary soil of Barra daTijuca / RJ and were used in order to guide the foundation project of a privateenterprise. The tests generated curves of load versus displacement for both piles, andinterpreted to obtain the failure loads through three criteria. Whereas in test pile 1, theresults of load capacity estimated by semi-empirical methods became satisfactory,
while, the test pile 2 had reached an unsafe result.
Keywords: Load capacity, Flight auger pile, Executive process, Load test.
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SUMRIO
1. INTRODUO 1
1.1.Generalidades 1
1.2. Metodologia 1
1.2. Estrutura do trabalho 2
2. CAPACIDADE DE CARGA AXIAL DAS ESTACAS 3
2.1.Generalidades 3
2.2. Mtodos Racionais ou Tericos 7
2.2.1. Resistncia de ponta ou base 7
2.2.2. Resistncia por atito lateral 9
2.3. Mtodos Semi-empricos 10
2.3.1. Mtodo de Meyerhof 10
2.3.2. Mtodo de Aoki-Velloso 12
2.3.2.1. Contribuio de Laprovitera e Benegas 15
2.3.2.2. Contribuio de Monteiro 16
2.3.3. Mtodo de Dcourt-Quaresma 18
2.3.4. Mtodo de Velloso 21
2.3.5. Mtodo de Teixeira 22
2.3.6. Mtodo de Dcourt-Quaresma modificado por Dcourtet al. 23
2.3.7. Mtodo de Alonso 24
2.3.8. Mtodo de Antunes-Cabral 272.3.9. Mtodo de Gotliebet al. 28
2.3.10. Mtodo de Karez-Rocha 29
2.3.11. Mtodo de Vorcaro-Velloso 30
2.4. Comparao entre mtodos Semi-empricos 33
2.4.1. Resistncia unitria por atrito lateral 33
2.4.2. Resistncia unitria de ponta ou base 35
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Data/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728938 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3. ESTACAS HLICE MONITORADAS 37
3.1. Generalidades 37
3.2. Estaca Hlice contnua monitorada. 37
3.2.1. Processo executivo 38
a) Perfurao 38
b) Concretagem 40
c) Colocao da Armadura 42
3.2.2. Controle da Execuo 42
3.2.3. Vantagens e Desvantagens 43
3.3. Outros tipos de Estacas Hlice monitorada 45
3.3.1. Estacas Hlice de deslocamento monitoradas 45
3.3.2. Estaca Hlice mista monitorada 47
4. ESTUDO DE CASO 48
4.1. A localizao do empreendimento 48
4.2. Sondagens percusso 51
4.3. As provas de carga 60
4.3.1. Estacas Piloto 61
a) Estaca Piloto 1 (EP-1) 62
b) Estaca Piloto 2 (EP-2) Ponta Modificada 63
4.3.2. Bloco de Coroamento 65
4.3.3. Sistema de Reao 65
a) Estacas de Reao 66
b) Vigas de Reao 67
4.3.4. Dispositivos de aplicao de carga 68
4.3.5. Dispositivos de medio dos deslocamentos 68
4.3.6. Montagem das Provas de carga 71
4.3.7. A realizao das Provas de carga 73
http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728959http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728960http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728961http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728949http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728950http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728950http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728962http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728963http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728964http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728965http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728966http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728948http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728949http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728950http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728950http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728950http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728952http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728952http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728949http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728950http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728953http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728954http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728955http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728955http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728955http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728955http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728954http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728953http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728950http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728949http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728952http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728952http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728950http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728949http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728948http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728966http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728965http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728964http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728963http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728962http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728950http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728950http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728949http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728956http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728961http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728960http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728959 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5. PREVISO VERSUS DESEMPENHO 74
5.1 Estaca Piloto 1 (EP-1) 74
5.2 Estaca Piloto 2 (EP-2) Ponta Modificada 78
6. CONCLUSES E CONSIDERAES FINAIS 82
6.1. Concluses 82
6.2. Sugestes para futuras pesquisas 83
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 85
http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728971http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728968http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728970http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728970http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728970http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728972http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728972http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728972http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728975http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728975http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728972http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728972http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728972http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728970http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728968http://i/AppData/I203/raphael_mantuano/Desktop/PROJETO%20FINAL%20-%20RAPHAEL%20MANTUANO%20renata.doc%23_Toc310728971 -
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1. INTRODUO
1.1 GENERALIDADES
Recentemente, com o grande aquecimento do mercado da construo civil,
principalmente no estado do Rio de Janeiro, o prazo para entrega de obras se tornou
um dos grandes viles da engenharia civil. Inovaes tm surgido com frequncia, em
face grande necessidade de atingir melhores resultados neste quesito, entretanto,
preciso que sejam realizados testes de modo adequado, para que possam ser
validadas as novas propostas. A que se registrar, que no correto reduzir o controle
de qualidade de uma obra com a finalidade de atingir um prazo de entrega
estabelecido. Uma prova de carga executada de modo apropriado uma excelente
ferramenta para avaliar o comportamento de uma fundao em um determinado tipo
de solo.
A engenharia de fundaes vem evoluindo constantemente em busca de novos
elementos de fundao que possuam alta produtividade, ausncia de vibraes e
rudos durante a execuo, elevada capacidade de carga, controle de qualidadedurante a execuo, dentre outros aspectos. Neste propsito, surgiram no mercado
brasileiro na dcada de 80, tendo um grande desenvolvimento nos ltimos anos, as
estacas do tipo hlice, sendo desde ento uma estaca de enorme interesse comercial
nos grandes centros urbanos do pas.
1.2 METODOLOGIA A metodologia deste trabalho prope uma anlise de provas de carga verticais
de compresso com o interesse de avaliar o comportamento de duas estacas tipo
hlice, uma contnua e outra mista (com deslocamento de solo na base) executadas
com o intuito de nortear o projeto das fundaes de um empreendimento residencial
de alto padro em regio localizada as margens da lagoa de Jacarepagu, situada na
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zona oeste do municpio do Rio de Janeiro, no bairro da Barra da Tijuca sendo o solo
presente nesta regio de origem sedimentar.
Com base na interpretao dos resultados de provas de carga esttica e da
aplicao dos critrios de ruptura, foi realizada uma comparao entre diversos
mtodos de estimativa de capacidade de carga para as duas estacas.
1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO
Segue a esta introduo o capitulo 2, onde feita uma breve reviso
bibliogrfica a respeito dos mtodos de calculo de capacidade de carga axial para
estacas sujeitas a carregamento de compresso. Destaca-se neste captulo, a
presena de mtodos especficos para o dimensionamento das estacas do tipo hlice
contnua monitorada.
No capitulo 3 as estacas tipo hlice contnua monitoradas so descritas, com
nfase para seu processo executivo. Outros tipos de estacas hlice monitoradas so
mencionadas e apresentadas, so elas: a estaca hlice de deslocamento monitorada e
a estaca hlice mista monitorada .
No capitulo 4 apresentado o estudo de caso. Detalhando primeiramente, o
empreendimento imobilirio em questo, a seguir, as sondagens tipo SPT realizadas
no local e por fim, as provas de carga realizadas em cada estaca.
O capitulo 5 faz-se uma comparao entre o desempenho das estacas nas
provas de carga com a previso relacionada a diversas metodologias semi-empricas.
Trs critrios de ruptura so usados para a determinao da carga de ruptura das
estacas.
O capitulo 6 relaciona as concluses e prope sugestes para futuras
pesquisas.
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2. CAPACIDADE DE CARGA AXIAL DAS ESTACAS
2.1 GENERALIDADES
Fundao o elemento responsvel por transmitir as cargas provenientes da
estrutura para o terreno, devendo ser dimensionada e executada de forma adequada,
ou seja, sem gerar problemas de qualquer natureza para a estrutura. Para que isto
seja possvel, uma fundao deve satisfazer a dois requisitos: (i) segurana correlao
a ruptura geotcnica e estrutural, (ii) recalques compatveis com a estrutura.
(DANZIGER, 2008)
O conceito de fundao profunda estabelecido pela NBR 6122/2010
Projeto
e execuo de fundaes; que define como fundao profunda aquela que transmite
as cargas provenientes da estrutura ao terreno, pela base (resistncia de ponta), por
sua superfcie lateral (resistncia por atrito lateral) ou pela combinao das duas. Alm
disso, de acordo com a referida norma, para uma fundao ser considerada profunda,
deve estar assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimenso em
planta, e no mnimo a 3m.Na elaborao do projeto para a verificao da segurana em relao ruptura
geotcnica de fundaes profundas, mais especificamente das estacas, so realizados
clculos utilizando diversos mtodos de capacidade de carga, tais mtodos,
subdividem-se em duas categorias: estticos e dinmicos.
Nos mtodos estticos a capacidade de carga calculada por frmulas que
estudam a estaca mobilizando toda a resistncia ao cisalhamento esttica do solo,obtida em ensaios de laboratrio ou in situ . Os mtodos estticos separam-se em:
racionais ou tericos, que utilizam solues tericas de capacidade de carga e
parmetros do solo e semi-empricos, que se baseiam em ensaios in situ de
penetrao do cone (CPT) ou de sondagens a percusso (SPT).
Os mtodos dinmicos so aqueles que estimam a capacidade de carga de
uma estaca baseados na observao da resposta cravao, ou ainda, em que uma
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Figura 2.1 Estaca submetida carga de ruptura de compresso.
(2.1)
sendo:
Qult = Capacidade de carga de ruptura da estaca;
Qp,ult = Capacidade de carga da ponta ou base;
Ql,ult = Capacidade de carga por atrito lateral;
W = Peso prprio da estaca.
Na maioria das situaes, o peso prprio da estaca desprezado em face da
magnitude das cargas envolvidas, alm disso, a expresso acima pode ser reescrita
com as resistncias unitrias de acordo com a equao 2.2.
(2.2)
sendo:
l U q Adz U q AQ ult l ult p L
bult l ult pbult ,,0 ,,
ult l ult pult QQW Q ,,
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Ab = rea de ponta ou base da estaca;
U = Permetro da estaca (supostamente constante);
qp,ult = resistncia de ponta unitria;
l,ult = resistncia por atrito lateral unitria;
l = Trecho do comprimento da estaca ao qual l,ult se aplica.
Cabe ressaltar que, a capacidade de carga acima mencionada diz respeito ao
terreno de fundao e no estrutura da fundao, naturalmente, a fundao deve
atender as exigncias dos projetos de estruturas quanto ao seu dimensionamento
estrutural (DANZIGER, 2008).
Deste modo, a carga admissvel estrutural de uma estaca hlice contnua no
armada, por exemplo, obtida analogamente carga de um pilar com seo nula de
ao, sendo exposta na equao 2.3.
(2.3)
onde:
Ac = rea da seo transversal da estaca;
f ck = Resistncia caracterstica mxima do concreto permitida pela norma
(20 MPa);
f = coeficiente de majorao das cargas, tipicamente 1,4;
c = coeficiente de minorao da resistncia do concreto, tipicamente 1,4.
Com base na equao 2.3, esto apresentados na tabela 2.1, a carga
admissvel estrutural da estaca do tipo hlice contnua, no armada e totalmente
enterrada, em funo de seus dimetros.
c f
ck c
k
f A P
85,0
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Tabela 2.1 Carga mxima estrutural da estaca hlice contnua.
Dimetro da Hlice (mm)
CargaAdmissvelEstrutural
(kN)275 300350 450400 600425 800500 1300600 1900700 2550800 3350900 4250
1000 5250
1100 64001200 76001300 89501400 10350
2.2 MTODOS RACIONAIS OU TERICOS
A teoria clssica de capacidade de carga introduz conceitos e modelos
complexos tanto para o estabelecimento da resistncia da ponta, quanto para aresistncia por atrito lateral. A seguir sero abordadas de maneira sucinta as principais
solues para a determinao de cada parcela de resistncia, ponta (ou base) e atrito
lateral.
2.2.1 Resistncia de Ponta ou Base
A primeira soluo foi apresentada por Terzaghi em 1943 e posteriormente
incrementada pelas obras de Terzaghi e Peck (1948,1967); baseada na teoria da
plasticidade, a qual consiste em supor que a ruptura do solo localizado abaixo da
ponta da estaca no pode ocorrer sem que haja um deslocamento solo, lateralmente e
para cima, conforme o modelo apresentado na figura 2.2a. Caso o solo ao longo do
comprimento da estaca for considerado bem mais compressvel que abaixo da base
da estaca, ento, os deslocamentos produzem tenses cisalhantes desprezveis ao
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longo de todo o fuste, neste caso a influncia do solo que envolve toda a estaca
como uma sobrecarga.
Posteriormente ao estudo de Terzaghi e calcado em teoria anloga, o
pesquisador Meyerhof em 1951, fez consideraes fundamentais e distintas as
premissas anteriormente adotadas, substituindo a sobrecarga proveniente do solo
situado acima da estaca por uma sobrecarga frouxa, de modo que as linhas de
ruptura se estendessem por um plano acima da ponta da estaca, como podemos
observar na figura 2.2b.
Figura 2.2 Figuras de ruptura, (a) Terzaghi e (b) Meyerhof.
At ento, a resistncia de ponta da estaca era funo apenas da resistncia
do solo, entretanto, observou-se que a rigidez do material, o qual constitui a estaca,
desempenha uma funo importante no mecanismo de ruptura. Mediante a esta
concluso, desenvolvimentos e propostas ocorreram, com destaque para proposio
de Vesic (1972) exposta na figura 2.3.
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Figura 2.3 Modelo de ruptura admitido na considerao de Vesic (1972).
2.2.2 Resistncia por atrito lateral
A segunda componente da capacidade de carga a resistncia por atrito
lateral. O tratamento terico para a determinao do atrito lateral unitrio em geral,
anlogo ao utilizado para determinar a resistncia ao deslizamento de um slido em
contato com o solo. Assim, geralmente, seu valor considerado como a soma de dois
fatores; so eles: a aderncia do contato estaca-solo e a tenso horizontal que o soloexerce sobre a superfcie lateral da estaca multiplicada pelo ngulo de atrito entre o
sistema estaca-solo (uma tenso cisalhante e uma normal).
Os valores de aderncia e ngulo de atrito podem ser obtidos em laboratrio,
porm, tais parmetros dependem do tipo e processo executivo da estaca, assim
como o estabelecimento da tenso de contato na superfcie tambm depende. Um
erro relativamente pequeno na estimativa destes parmetros poder representar umerro significativo na capacidade de carga por atrito lateral calculada.
O atrito lateral das estacas foi abordado por diversos autores, inclusive aqueles
que propuseram as solues clssicas para resistncia de ponta (Terzaghi e
Meyerhof), anteriormente citados. A proposta elaborada por Terzaghi complexa e por
isso no foi incorporada a prtica. J Meyerhof, prope uma expresso para o atrito
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lateral unitrio em solos granulares, tendo como base os parmetros acima citados e
considerando a aderncia nula.
2.3 MTODOS SEMI-EMPRICOS
Pesquisadores, em todo o mundo, tentam correlacionar equaes que
possuem relaes diretas com mtodos prticos (provas de carga), que variam
principalmente de acordo com o tipo de investigao geotcnica, assim como o solo
encontrado em cada regio, gerando assim, mtodos semi-empricos de previso de
capacidade de carga.
No Brasil, o SPT a investigao geotcnica mais difundida e realizada,
Militsky, 1986, aborda o assunto dizendo que: a engenharia de fundaes correntes
no Brasil pode ser descrita como a geotecnia do SPT . Assim os calculistas de
fundaes tm a preocupao de estabelecer mtodos de clculo da capacidade de
carga de estacas utilizando os resultados das sondagens percusso. A seguir so
apresentados alguns mtodos tradicionais para previso de capacidade de carga em
estacas. Uma abordagem de mtodos concebidos especificamente para as estacas
tipo hlice contnua monitorada, tambm enfatizada.
2.3.1 Mtodo de Meyerhof (1956)
Foi provavelmente Meyerhof quem primeiro props um mtodo para determinar
a capacidade de carga de estacas a partir do SPT, publicou seu primeiro trabalho em1956 e retomou o tema em sua Terzaghi Lecture (Meyerhof, 1976). Os principais
resultados obtidos pelo autor foram:
Para estacas cravadas at uma profundidade D em solo arenoso, a resistncia
unitria de ponta (em kgf/cm2) dada pea equao 2.4;
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(2.4)
onde:N = nmero de golpes para os 30 cm finais do SPT a cada metro;
B = Dimetro ou maior comprimento da seo transversal da estaca.
A resistncia unitria por atrito lateral em (em kgf/cm2) dada pela equao
2.5.
(2.5)
onde:
N = a mdia dos N ao longo do fuste.
Para siltes no plsticos, pode-se adotar como limite superior da resistncia de
ponta a equao 2.6, exposta em kgf/cm 2;
(2.6)
Para estacas escavadas em solo no coesivo, a resistncia de ponta da
ordem de um tero dos valores obtidos pelas equaes 2.4 e 2.6, e a
resistncia lateral, da ordem da metade do valor dado pela equao 2.5;
Para estaca com base alargada do tipo Franki, a resistncia de ponta da
ordem do dobro da fornecida pelas equaes 2.4 e 2.6;
Se as propriedades da camada de suporte arenosa variam nas proximidades
da ponta da estaca, deve-se adotar para N um valor mdio calculado ao longo
de quatro dimetros acima e um dimetro abaixo da ponta estaca;
N B ND
q ult p 44,0
,
50, N
ult l
N q ult p 3,
-
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Quando a camada de suporte arenosa for sobrejacente a uma camada de
menor resistncia e a espessura (H) entre a ponta da estaca e o topo da
camada de menor resistncia for menor do que a espessura crtica da ordem
de 10 B, a resistncia da ponta da estaca ser dada pela equao 2.7.
(2.7)
onde:
0q = resistncia limite na camada fraca inferior;
1q = resistncia limite na camada resistente.
2.3.2 Mtodo de Aoki-Velloso (1975)
O mtodo de Aoki-Velloso foi desenvolvido a partir de um estudo comparativo
entre resultados de provas de carga em estacas e investigaes geotcnicas. O
mtodo pode ser utilizado tanto com dados do SPT como tambm com dados do
ensaio CPT. A primeira expresso da capacidade de carga da estaca pode ser
descrita relacionando as resistncias de ponta e por atrito lateral da estaca com
resultados do CPT como mostram as equaes 2.8 e 2.9.
(2.8)
(2.9)
Onde, F1 e F2 so fatores de escala e execuo.
Ao introduzir as correlaes entre o SPT e o ensaio de cone holands (CPT
mecnico) apresentadas nas equaes 2.10 e 2.11.
(2.10)
101
0, 10)(
q B
H qqqq ult p
l U q AQ ult l ult pbult ,,
l F
U F q A coneconeb
21
KN qc
-
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(2.11)
Obtm-se a equao 2.12, para uso do mtodo a partir dos resultados do SPT.
(2.12)
Atravs da introduo do coeficiente K, torna-se possvel utilizar os resultados
do ensaio SPT, pois K o coeficiente de converso da resistncia de ponta do cone
para NSPT; o coeficiente define a relao entre as resistncias de ponta e por atritolateral local, do ensaio de penetrao esttica (CPT), segundo Vargas, 1977. Os
valores de K e adotados por Aoki-Velloso constam na tabela 2.2.
Tabela 2.2 Coeficientes K e (Aoki-Velloso, 1975).
Tipo de solo k (kgf/cm2) ( %) Areia 10 1,4 Areia siltosa 8 2 Areia siltoargilosa 7 2,4 Areia argilossiltosa 5 2,8 Areia argilosa 6 3Silte arenoso 5,5 2,2Silte arenoargiloso 4,5 2,8Silte 4 3Silte argiloarenoso 2,5 3Silte argiloso 2,3 3,4
Argila arenosa 3,5 2,4 Argila arenossiltosa 3 2,8 Argila siltoarenosa 3,3 3 Argila siltosa 2,2 4 Argila 2 6
Os valores de F1 e F2 foram obtidos a partir da retro-anlise dos resultados de
prova de carga em estacas (cerca de 100 provas entre diversos tipos de estacas).
Conhecidas todas as variveis a partir dos resultados de SPT e da tabela 2.2,
N K qcc ...
l F
KN U
F KN
AQ pl bult 21
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possvel calcular os fatores F1 e F2. Como no se dispunha de provas de carga
instrumentadas, que permitiriam separar a capacidade do fuste da capacidade da
ponta, s seria possvel obter um dos fatores. Assim, adotou-se F2 = 2F1. Os valores
obtidos esto na tabela 2.3. Para estacas escavadas, os valores foram tirados e,
posteriormente adaptados de Velloso et al. (1978).
Na dcada de 70, quando o mtodo foi proposto, foram introduzidas as estacas
tipo raiz e no se executava ainda estacas tipo hlice. Trs trabalhos de final de curso
da UFRJ, dos autores Rafael Francisco G. Magalhes (1994), Gustavo S. Raposo e
Marcio Andre D. Salem (1999) conduziram a uma estimativa razovel e ligeiramente
conservativa das estacas raiz, hlice contnua e mega, adotando-se os valores de
F1=2 e F2=4.
Os autores utilizaram, para efeito de clculo da resistncia de ponta, a mdia
de trs valores de N: no nivel de clculo (da ponta) a 1 metro acima e a 1 metro
abaixo. Um valor limite de N=50 tambm adotado.
Tabela 2.3 Coeficientes de transformao F 1 e F2 (Aoki-Velloso, 1975; Vellosoet al ,1978).
Tipo de Estaca F1 F2Franki 2,5 5,0Metlica 1,75 3,5Premoldada de concreto 1,75 3,5Escavada 3 6Raiz* 2 4
Hlice Continua* 2 4mega* 2 4* Valores estimados por estudos posteriores;
Vale ressaltar que, este mtodo semi-emprico foi proposto h mais de 30
anos, e desenvolvido em uma determinada rea geotcnica, portanto, sua utilizao
em outras regies requer muita precauo, com objetivo de se obter maior
confiabilidade nos resultados. Alm disso, o mtodo foi desenvolvido inicialmente para
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ser utilizado no estudo de estacas Franki, pr-moldadas de concreto, metlicas e
escavadas.
2.3.2.1 Contribuio de Laprovitera (1998) e Benegas (1993)Em duas dissertaes de mestrado da COPPE-UFRJ (Laprovitera, 1988;
Benegas, 1993), foram feitas avaliaes do mtodo Aoki-Velloso a partir de um Banco
de Dados de provas de carga em estacas compilado pela COPPE-UFRJ. Nas anlises
realizadas, os valores de K e utilizados no foram os do mtodo Aoki-Velloso
original, mas aqueles modificados por Danziger (1982).
Como nem todos os 15 tipos de solos tinham sido avaliados por Danziger,
Alguns valores foram complementados atravs de interpolao por Laprovitera (1988).
Os valores finais de K e constam na tabela 2.4.
Nas anlises feitas, no se manteve a relao F2 = 2F1 do trabalho original de
Aoki-Velloso, mas tentaram-se outras relaes de forma a obter uma melhor previso.
Na tabela 2.5 esto os valores de F1 e F2 obtidos nas dissertaes.
Tabela 2.4 Coeficientes K e (Laprovitera, 1988).
Tipo de solo k (kgf/cm2) ( %) Areia 6 1,4 Areia siltosa 5,3 1,9 Areia siltoargilosa 5,3 2,4 Areia argilossiltosa 5,3 2,8 Areia argilosa 5,3 3
Silte arenoso 4,8 3Silte arenoargiloso 3,8 3Silte 4,8 3Silte argiloarenoso 3,8 3Silte argiloso 3 3,4
Argila arenosa 4,8 4 Argila arenossiltosa 3 4,5 Argila siltoarenosa 3 5 Argila siltosa 2,5 5,5 Argila 2,5 6
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Figura 2.4 Determinao da resistncia de ponta segundo Monteiro (1997).
Tabela 2.6 Coeficientes K e (Monteiro, 1997).
Tipo de solo k (kgf/cm2) %) Areia 7,3 2,1 Areia siltosa 6,8 2,3 Areia siltoargilosa 6,3 2,4 Areia argilossiltosa 5,7 2,9 Areia argilosa 5,4 2,8Silte arenoso 5 3Silte arenoargiloso 4,5 3,2Silte 4,8 3,2Silte argiloarenoso 4 3,3Silte argiloso 3,2 3,6
Argila arenosa 4,4 3,2 Argila arenossiltosa 3 3,8 Argila siltoarenosa 3,3 4,1 Argila siltosa 2,6 4,5 Argila 2,5 5,5
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Tabela 2.7 Coeficientes de transformao F 1 e F2 (Monteiro, 1997).Tipo de Estaca F1 F2
Franki de fuste apiloado 2,3 3Franki de fuste vibrado 2,3 3,2Metlica 1,75 3,5Premoldada de concreto cravada a percusso 2,5 3,5Premoldada de concreto cravada por prensagem 1,2 2,3Escavada com lama bentontica 3,5 4,5Raiz 2,2 2,4Strauss 4,2 3,9Hlice Continua 3 3,8Nota: os valores indicados para estacas tipo hlice contnua requerem reserva, pois
pequeno o nmero de provas de carga disponvel.
2.3.3 Mtodo de Dcourt-Quaresma (1978)
Em 1978 os engenheiros Luciano Dcourt e Arthur Quaresma apresentaram no
6 congresso brasileiro de mecnica dos solos e engenharia de fundaes um mtodo
para a determinao da capacidade de carga em estacas. Segundo os prprios
autores, este trabalho contempla um processo expedito para a estimativa da
capacidade de carga de ruptura baseado exclusivamente em resultados de ensaiosSPT. O mtodo foi idealizado inicialmente para estacas do tipo pr-moldada de
concreto e para fins de validao do mesmo, foram executadas pelo segundo autor 41
provas de carga esttica neste tipo de estaca, no entanto, pode-se admitir em primeira
aproximao, que a metodologia seja vlida tambm para estacas do tipo Franki,
Strauss (apenas com a ponta em argila, como deve sempre ocorrer) e estacas
escavadas.
O mtodo apresenta as caractersticas descritas a seguir.
Resistncia de ponta
Toma-se como valor de N a mdia entre o valor correspondente ponta da
estaca, o imediatamente anterior e o imediatamente superior. Para estimativa da
resistncia unitria de ponta (em tf/m2) utiliza-se a expresso 2.14:
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(2.14)
onde:
C = coeficiente que varia em funo do tipo de solo (tabela 2.8);
Np = Mdia dos valores correspondentes ponta da estaca, o imediatamente
superior e o imediatamente anterior.
Tabela 2.8 Valores de C (Dcourt-Quaresma, 1978);Tipo de solo C (tf/m2)
Areia 40Silte arenoso (alterao de rocha) 25Silte argiloso (alterao de rocha) 20Argila 12
Resistncia por atrito lateral
Consideram-se os valores de N ao longo do fuste, sem levar em conta queles
utilizados para a estimativa da resistncia de ponta. Tira-se a mdia, e na tabela 2.9,
obtm-se o atrito mdio ao longo do fuste (em tf/m2). Nenhuma distino feita quanto
ao tipo de solo.
Tabela 2.9 Valores de atrito mdio ao longo do fuste (Dcourt-Quaresma, 1978).SPT (mdio ao longo do fuste) Atrito Lateral (tf/m 2)
3 26 3
9 412 5
> 15 6
Em 1982, o Engenheiro Luciano Dcourt empenhado em aperfeioar o mtodo,
levou ao segundo simpsio europeu sobre ensaios de penetrao, que foi realizado na
pult p CN q ,
-
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cidade de Amsterdam na Holanda, uma contribuio em que dentre outros pontos
abordou e props uma frmula para clculo da resistncia lateral unitria.
Desde ento, a resistncia lateral unitria em tf/m 2 dada pela equao 2.15;
(2.15)
onde:
N = valor mdio de N ao longo do fuste desconsiderando aqueles utilizados no
clculo de ponta, sendo que, caso N seja menor que 3 considera-se 3 e caso N maior
que 50, considera-se 50.
Desta forma a expresso geral para o clculo da capacidade de carga a da
equao 2.16.
(2.16)
Ou ainda, de acordo com a equao 2.17,
(2.17)
onde:
Ap = rea de ponta da estaca;
As = rea lateral da estaca;
U = permetro da seo transversal do fuste;
l = Comprimento da cada camada.
13,
N ult l
sult l pult pult A AqQ ,,
l
N U
DCN Q pult .13
.104
2
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2.3.4 Mtodo de Velloso (1981)
Pedro Paulo Velloso apresentou um critrio para o clculo de capacidade de
carga e recalques de estaca e grupos de estacas (Velloso, 1981). A capacidade de
carga de uma estaca, com comprimento L, dimetro de fuste D e dimetro de base D b,
pode ser estimada a partir da equao abaixo, tomando-se por base os valores de
Ql,ult e Qp,ult obtidos com as expresses 2.18 e 2.19.
Resistncia da ponta
(2.18)
Resistncia por atrito lateral
(2.19)
onde:U = permetro da seo transversal do fuste;
Ap = rea de ponta da estaca (dimetro D b);
= Fator da execuo da estaca;
= 1 (estacas cravadas);
= 0,5 (estacas escavadas);
= Fator de carregamento;
= 1 (para estacas comprimidas);
= Fator da dimenso da base (equao 2.20).
(2.20)
sendo:
b = dimetro da ponta de cone (3,6cm no cone padro).
ult pbult p q AQ ,,
iult l ult l l U Q ,,
b Db016,0016,1
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A partir dos resultados de ensaios SPT, podem-se adotar as equaes 2.23
e 2.24 para se calcular as resistncias unitrias, por atrito lateral e de ponta,
respectivamente.
(2.23)
(2.24)
Onde a, b, a`, b` so parmetros de correlao entre o SPT e o CPT, a serem
definidos para os solos tpicos de cada regio, e que constam na tabela 2.10.
Tabela 2.10 Valores aproximados de a, b, a, b (Velloso, 1981).
a (tf/m2) b a` (tf/m2) b Areias sedimentares submersas 60 1 0,50 1
Argilas sedimentares submersas 25 1 0,63 1
Solos residuais de gnaisse arenossiltosos submersos 50 1 0,85 1
Solos residuais de gnaisse sil toarenosos submersos 40 (1) 1 (1) 0,80 (1) 1 (1)
47 (2) 0,96 (2) 1,21 (2) 0,74 (2)
(1) Dados obtidos na obra da refinria Duque de caxias (RJ); (2) Dados obtidos na obra da Ao-Minas (MG).
Tipo de soloAtritoPonta
2.3.5 Mtodo de Teixeira (1996)
Em 1996, Teixeira apresentou um mtodo para clculo da capacidade de carga
de estacas. Neste mtodo a capacidade de carga compresso de uma estaca pode
ser estimada em funo dos parmetros da equao 2.25.
(2.25)
onde:
b N = Valor mdio obtido no intervalo de 4 dimetros acima da ponta da estaca
a 1 dimetro abaixo;
`, `
bult l N a
bult p aN q ,
L N UB A N Q l pbult
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l N = Valor mdio ao longo do fuste da estaca;
L = Comprimento da estaca.
Os valores do parmetro esto indicados na tabela 2.11, em funo da
natureza do solo e do tipo de estaca. O parmetro s depende do tipo de estaca.
Tabela 2.11 Valores de e (Teixeira, 1996).
Argila siltosa 11 10 10 10
Silte Argiloso 16 12 11 11
Argila arenosa 21 16 13 14
Silte arenoso 26 21 16 16
areia argilosa 30 24 20 19
areia siltosa 36 30 24 22
areia 40 34 27 26
Areia com pedregulhos 44 38 31 29
0,4 0,5 0,4 0,6
III IV
Valores de a (tf/m2)em funo do tipo de
solo (4 < N
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Ou ainda pela equao 2.27,
(2.27)
Os valores atribudos aos coeficientes e sugeridos para os diversos tipos
de estacas esto apresentados na tabela 2.12.
Tabela 2.12 Coeficientes e para cada tipo de estaca.
ESTACA
SOLO ARGILAS 1,00* 1,00* 0,85 0,80 0,85 0,90* 0,30* 1,00* 0,85* 1,50* 1,00* 3,00*SOLOS** 1,00* 1,00* 0,60 0,65 0,60 0,75* 0,30* 1,00* 0,60* 1,50* 1,00* 3,00*
AREIAS 1,00* 1,00* 0,50 0,50 0,50 0,60* 0,30* 1,00* 0,50* 1,50* 1,00* 3,00*
* Valores para o qual a correlao inicial foi desenvolvida
* Valores apenas indicativos diante do reduzido nmero de dados disponveis
**Solos intermedirios
CRAVADA(estaca padro)
ESCAVADA(em geral)
ESCAVADA(c/bentonita)
HLICECONTNUA RAIZ
INJETADA(alta presso)
2.3.7 Mtodo de Alonso (1996)
Mtodo semi-emprico desenvolvido para a previso da capacidade de carga
em estacas hlice contnua, utilizando os resultados do ensaio SPT-T, proposto
inicialmente, para a Bacia Sedimentar Terciria da cidade de So Paulo, e
posteriormente reavaliado (2000) para duas novas regies geotcnicas, formao
Guabirotuba e os solos da cidade de Serra-ES.
A carga de ruptura obtida pela soma das parcelas de atrito lateral e de ponta
expostas nas equaes 2.28 e 2.34, respectivamente.
Resistncia por atrito lateral
(2.28)
L N
U D
CN Qult .13.10
4
2
l U Q ult l ult l ,,
-
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onde:
U = permetro da seo transversal do fuste da estaca;
l = trecho onde se admite atrito lateral unitrio r l constante;
ult l , = Resistncia lateral unitria (tabela 2.13).
A resistncia por atrito lateral unitria da estaca obtida com a equao 2.29.
(2.29)
= coeficiente de correo do atrito lateral f , obtido atravs da interpretao de
provas de carga carregadas at as proximidades da carga ltima (tabela 2.13);
f = Atrito calculado a partir do torque mximo (em kgf.m) e a penetrao total
(em cm) do amostrador, no ensaio SPT-T.
Tabela 2.13 Limites de ult l , e valores de propostos pelo mtodo de Alonso (1996),especificamente para estacas do tipo hlice contnua.
No ensaio SPT, geralmente e penetrao total do amostrador de 45 cm,
exceto em solos muito moles, onde a penetrao possivelmente ser maior que
45 cm, e em solos muitos resistentes, onde a penetrao total inferior a 45 cm.
Para a obteno do valor de f , utiliza-se a equao 2.30, proposta pelo
idealizador do ensaio SPT-T, Ranzini (ALONSO, 1996).
(2.30))(032,041,0
100kPa
hT
f mx
kPa f ult l 200.,
REGIO l,ult Bacia sedimentar de So Paulo 200kPa 0,65
Formao Guabirotuba 80kPa 0,65Cidade de Serra - ES 200kPa 0,76
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onde:
Tmx = torque mximo expresso em kgf.m;
h = penetrao total do amostrador, em cm (geralmente 45 cm).
Para uma penetrao total do amostrador igual a 45 cm, a expresso acima
resulta na equao 2.31.
(2.31)
O autor sugere as equaes 2.32 e 2.33 que estabelecem correlaes entre o
tradicional ensaio SPT e o SPT-T, para o clculo do atrito lateral e resistncia de
ponta, a partir do nmero de golpes N do ensaio SPT.
e (2.32)
Para a formao Guabirotuba, as correlaes so:
e (2.33)
Alonso (1996) alerta que, antes de utilizar o mtodo, o ideal inicialmente
encontrar estas correlaes para o caso de outras regies.
Resistncia de ponta
(2.34)
Onde a resistncia unitria de ponta pode ser expressa pela equao 2.35.
(2.35)
)(18,0
kPaT
f mx
N Tmx 2,1 N Tmn 0,1
N Tmx 13,1 N Tmn 98,0
ult p pult p q AQ ,,
2
)2()1(`
,mnmn
ult pT T q
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sendo:
Tmn(1) = mdia aritmtica dos valores de torque mnimo (em kgf.m) do trecho
8D acima da ponta da estaca. Considera-se nulo os T mn acima do nvel do terreno,
quando o comprimento da estaca for menor do que 8D;
Tmn(2) = mdia aritmtica dos valores de torque mnimo (em kgf.m) do trecho
3D, medido para baixo, a partir da ponta da estaca.
O autor recomenda que os valores de Tmn adotados, sejam no mximo
40kgf.m.
Alonso (1996, 2000b) determinou os valores para `, conforme a tabela 2.14
nas regies analisadas.
Tabela 2.14 Valores de `(em kPa/kgf.m) em funo do tipo de solo para as regiesanalisadas.
Areia Silte ArgilaBacia sedimentar de So Paulo 200 150 100
Formao Guabirotuba - - 80
Cidade de Serra - ES 260 195 130
REGIO `
2.3.8 Mtodo de Antunes & Cabral (1996)
Os autores propuseram um mtodo de previso da capacidade de carga em
estacas hlice contnua a partir dos resultados do ensaio SPT e baseados em
informaes obtidas em 9 provas de carga estticas, realizadas em estacas com
dimetro de 35, 50 e 75 cm, fazendo uma comparao entre dois mtodos semi-
empricos tradicionais, Aoki-Velloso (1975) e Dcourt-Quaresma (1978).
Os autores propuseram as expresses 2.36 e 2.37:
Resistncia por atrito lateral
(2.36)l N DQ ult l )(.. 1,
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onde:
D= dimetro da estaca;
l = comprimento da estaca;
N = ndice de resistncia penetrao do ensaio SPT;
1 = Coeficiente de atrito lateral que depende do tipo de solo (em kgf/cm2,
tabela 2.15).
Resistncia de ponta
; (2.37)
onde:
Np = ndice de resistncia penetrao do ensaio SPT;
2 = parmetro para o clculo da resistncia de ponta que depende do tipo de
solo (tabela 2.15).
Tabela 2.15 Parmetros e 2 (ANTUNES & CABRAL, 1996).
SOLO ` ( ) 2 Areia 4,0 - 5,0 2,0 - 2,5
Silte 2,5 - 3,5 1,0 - 2,0
Argila 2,0 - 3,5 1,0 - 1,5
2.3.9 Mtodo de Gotlieb et al. (2000)
A partir da anlise de 48 provas de carga estticas em estacas do tipo hlice
contnua, os autores desenvolveram um mtodo simples, com base nos ensaios SPT,
para estimar a tenso admissvel no topo da estaca, sendo que a preocupao
principal foram os aspectos de segurana e ocorrncia de recalques excessivos
(GOTLIEB et al, 2000).
4...
2
2, D N Q bult p
22 /40. cmkgf N p
-
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29
Posteriormente, em 2002, analisando o banco de dados reunidos por Alonso
(2000), os autores confirmaram a validade desta tcnica, baseada em um conjunto de
99 provas de carga estticas.
A tenso admissvel a ser aplicada no topo da estaca, de acordo com o mtodo
proposto, dada pela equao 2.38.
(2.38)
onde:
Padm = tenso admissvel a ser aplicada no topo da estaca (kN/m);
ta Medioda pon N = mdia dos valores obtidos no trecho 8D acima e 3D abaixo da
ponta da estaca;
N = soma de golpes de SPT ao longo do fuste da estaca, sendo que os
valores N limitados em 50.
Baseado na experincia profissional prtica, os autores recomendam a
limitao de 5.000 kN/m para o valor tenso admissvel Padm , para utilizao em
projetos.
Gotlieb et al. (2000) conclui que o mtodo se mostrou vlido em 100% dos
casos quanto a ocorrncia de recalques inferiores a 15 mm para as tenses de
utilizao, ou seja, nas cargas de trabalho das estacas.
2.3.10 Mtodo de Karez-Rocha (2000)
Este mtodo foi proposto para a estimativa da carga ltima de estacas do tipo
hlice contnua, a partir da anlise de 38 provas de carga, realizadas nas regies sul e
sudeste do pas, correlacionando as informaes com os nmeros de golpes
encontrados nos resultados dos ensaios de sondagem a percusso SPT.
D
N N P ta Mediodaponadm 125,0
)60(
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Os dimetros das estacas analisadas variaram entre 35 e 80 cm, e o
comprimento mdio de 14,3 4,4 m.
A capacidade de carga obtida pela soma das parcelas de atrito lateral e de
ponta expostas nas equaes 2.39 e 2.40.
Resistncia por atrito lateral
(2.39)
onde:D = dimetro da estaca em metros;
N = soma de golpes de SPT ao longo do fuste da estaca.
Resistncia de ponta
(2.40)
onde:
Kkr = 210 para argila, 250 para siltes e 290 para areia;
N = nmero de golpes de SPT na ponta da estaca;
Ap= rea na ponta da estaca (m).
2.3.11 Mtodo de Vorcaro & Velloso (2000)
A partir do banco de dados organizado por Alonso (2000), os autores
estabeleceram, probabilisticamente, uma formulao com objetivo de prever a carga
ltima em estacas do tipo hlice contnua. Para isso, adotaram o princpio da
regresso linear mltipla, solucionando, por mnimos quadrados, um sistema formadopor vrias equaes que simulam, cada uma, o fenmeno descrito pela reao ltima
N DQ ult l ..9,4,
pkr ult p NA K Q ,
-
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medida em uma estaca carregada compresso, levando-se em considerao o solo
onde foram executadas, avaliado atravs dos resultados dos ensaios de SPT.
Para o clculo da carga de ruptura, os autores encontraram melhores
resultados limitando os valores do SPT ao longo do fuste em 50 golpes e na ponta da
estaca em 75 golpes.
A seguir, a equao 2.41 que foi proposta para o clculo da capacidade de
carga em estacas hlice contnua.
(2.41)
sendo:
(2.42)
(2.43)
Ap = rea da ponta da estaca (m);
U = permetro da estaca (m).
29,0ln36,1lnln34,0ln96,1 l l p p x x x xult eQ
;)( ponta spt p p N A x
;)( fuste spt l N U x
-
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A tabela 2.16, apresenta um quadro com o resumo dos mtodos de capacidade
de carga axial estudados.
Tabela 2.16 Resumo dos mtodos de capacidade de carga.MTODO ATRITO LATERAL RESIST. DE PONTA OBSERVAES
Meyerhof (1956) -
Aoki & Velloso (1975) -
Dcourt & Quaresma(1978)
Velloso (1981) -
Teixeira (1996) -
Dcourt et al. (1996)
Alonso (1996)
Antunes & Cabral(2000)
Krez e Rocha (2000) -
Gotlieb et al (2000) -
Vorcaro & Velloso
(2000)-
N DQ ult l ..9,4, pkr ult p NA K Q ,
B ND
AQ bult p4,0
, l U Q ult l ult l ,,
12 F KN
Al F
KN U Q l b
pult
503 N
ult pbult p q AQ ,, iult l ult l l U Q ,,
pbl ult A N L N UBQ
4.1
3.10
2 DCN L
N U Q ult
4.
..2
2, D
N Q bult p
l N DQ ult l )(.. 1, 22 /40. cmkgf N p
D
N N P ta Medioda ponadm 125,0
)60(
29,0ln36,1lnln34,0ln96,1 l l p p x x x x
ult eQ
( ) l U Q ult l ult l .. ,, ult p pult p q AQ ,,
0,1
3,0
4.1
3.10
2 DCN L
N U Qult
-
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2.4 COMPARAO ENTRE MTODOS SEMI-EMPRICOS
Nesta seo, sero apresentadas comparaes quantitativas de resistncias
unitrias, lateral e de ponta das estacas do tipo hlice contnua, quando da utilizao
dos mtodos semi-empricos. Sero comparados entre si os mtodos tradicionais que
possuem fatores para estacas tipo hlice contnua, Aoki-Velloso, 1975, mediante a
atribuio dos fatores para este tipo de estaca atravs de trs trabalhos de final de
curso da UFRJ, e Dcourt-Quaresma, 1978, modificado por Dcourt et al, 1996, alm
de alguns mtodos especficos para este tipo de estaca (Alonso, 1996, Antunes-
Cabral, 1996 e Karez-Rocha, 2000).
O objetivo foi verificar quais mtodos possivelmente apresentaro resultados
mais conservadores e quais se comportaro de forma mais arrojada no que diz
respeito ao resultado final da estimativa de capacidade de carga.
Para uma melhor visualizao, as comparaes aqui realizadas entre as
parcelas unitrias de resistncia por atrito lateral e de ponta, sero obtidas de maneira
independente.
Estudos mais aprofundados e com o mesmo intuito, foram realizados por
Francisco et al. (2004), mediante a comparao das estimativas de capacidade de
carga utilizando mtodos semelhantes aos utilizados neste trabalho com os resultados
apresentados em um conjunto de 106 provas de carga estticas. As estacas hlice
possuam geometrias diferentes e os solos ensaiados caractersticas distintas. Os
resultados das avaliaes indicaram que a maioria dos mtodos analisados fornecem
boas previses, exceo feita para as estacas hlice contnua com grandes dimetros
as quais foram introduzidas no mercado mais recentemente.
2.4.1 Resistncia unitria por atrito lateral
Ao analisar a parcela da resistncia unitria por atrito lateral das equaes para
estimativa de capacidade de carga axial de estacas, observa-se que os mtodos de
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Aoki-Velloso, 1975 e Antunes-Cabral, 1996; apresentam, alm do NSPT, outros fatores
relacionados ao tipo de solo em contato com o fuste da estaca. Os demais mtodos
(Dcourt et al, 1996, Alonso, 1996 e Karez-Rocha, 2000) consideram que a resistncia
unitria por atrito lateral, deve ser estimada apenas com os dados relativos de N SPT,
pois admitem que este valor j leva em considerao o tipo de solo. Sendo assim os
mtodos de Aoki-Velloso, 1975 e Antunes-Cabral, 1996; apresentam um limite inferior
e superior para as estimativas de resistncia unitria por atrito lateral.
A comparao foi estabelecida atravs de um grfico de resistncia unitria
lateral em funo do NSPT e est exibida na figura 2.5. Ressalta-se, que para cada
mtodo proposto, foram utilizados os fatores das tabelas do captulo 2.
Figura 2.5 Comparao de resistncia lateral unitria por mtodos semi-empricos.
Mediante a visualizao do grfico possvel concluir que, os limites inferioresdos mtodos de Aoki-Velloso, 1975 e Antunes-Cabral, 1996; possuem respostas muito
parecidas, sendo previstos os valores mais conservativos de resistncia unitria lateral
entre todos os mtodos analisados. J os limites superiores destes mtodos se
distanciam um pouco mais entre si, sendo o limite superior do segundo, relativamente
mais arrojado que o do primeiro.
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O mtodo de Alonso, 1996; apresenta valores praticamente coincidentes com o
limite superior do mtodo de Aoki-Velloso, 1975. Deste modo pode-se considerar este
mtodo como sendo ligeiramente arrojado em relao maioria dos mtodos; exceo
feita ao mtodo de Karez-Rocha (2000) que apresenta valores praticamente
coincidentes com o limite superior do mtodo de Antunes-Cabral, 1996 e desta forma
se comporta de forma arrojada em relao aos demais mtodos. Observa-se tambm,
que o mtodo de Dcourt-Quaresma modificado por Dcourt et al, 1996; apresenta
valores praticamente intermedirios em relao aos demais mtodos.
2.4.2 Resistncia unitria de ponta ou base
Para a anlise da parcela da resistncia unitria de ponta das equaes para
estimativa de capacidade de carga axial de estacas, diferentemente do que ocorre na
resistncia unitria lateral, todos os mtodos levam em considerao o tipo de solo em
contato con regio da ponta da estaca, sendo assim, foram gerados um limite inferior e
outro superior para cada mtodo comparado, determinando assim, faixas de valorespossveis por mtodo. A figura 2.6 mostra um grfico de resistncia unitria de ponta
versus nmero de golpes N do ensaio SPT.
Figura 2.6 Comparao da resistncia de ponta unitria por mtodos semi-empricos.
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Diante do grfico possvel notar que, o limite superior do mtodo de Aoki-
Velloso, 1975; apresenta valores superiores aos demais mtodos analisados, sendo
considerada a estimativa mais arrojada possvel. Cabe ainda destacar que este, o
mtodo que abrange a maior faixa de valores entre os limites inferior e superior.
Na outra mo, os mtodos de Karez-Rocha, 2000 e Dcourt-Quaresma, 1978,
modificado por Dcourt et al, 1996; se apresentam com a menor variao entre a faixa
de valores possveis. No entanto, a faixa de valores de Karez-Rocha, 2000; apresenta-
se situada bem centralizada em relao faixa de valores de Aoki-Velloso, 1975,
podendo ser considerada de utilizao arrojada.
J a faixa de valores de Dcourt-Quaresma modificado por Dcourt et al, 1996;
se concentra perto do limite inferior de Aoki-Velloso, 1975; de modo que se comporta
de forma conservativa em relao aos demais mtodos.
A faixa de valores de Antunes-Cabral, 1996; e Alonso, 1996; so prximas
entre si e se comportam de maneira intermediria em relao s faixas de valores dos
mtodos de Karez-Rocha, 2000; e Dcourt-Quaresma modificado por Dcourt et al,
1996.
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3. ESTACAS HLICE MONITORADA
3.1 GENERALIDADES
As estacas hlice surgiram nos Estados Unidos entre 1950 e 1960, e a partir de
1970 comearam a serem utilizadas tambm na Alemanha e Japo, com dimetros de
30 a 40cm aproximadamente. No entanto, somente a partir de 1980, comearam a ser
largamente utilizadas na Europa. (Antunes e Tarozzo, 1996; Albuquerque, 2001;
Polido, 2013).
Este tipo de estaca foi introduzido em nosso pas somente em 1987 com a
utilizao de equipamentos adaptados. S a partir de 1993, houve um grande
progresso e desenvolvimento do uso destas estacas no Brasil, atravs da importao
de equipamentos especficos para execuo de estacas hlice. Os equipamentos
possuam maior fora de arranque e torque, viabilizando a execuo de estacas com
at 800 mm de dimetro a um comprimento mximo de 24 metros. Ao longo dos anos,
foram adquiridos equipamentos de maior porte, de modo que atualmente j possvel
executar estacas com 1.400 mm de dimetro a profundidades de 34 metros, e com acontnua evoluo dos equipamentos o portiflio de opes de dimetros e
profundidades s tende a aumentar.
De acordo com a NBR-6122/2010, existem dois tipos de estaca hlice
monitoradas: a primeira e mais comumente utilizada a estaca hlice contnua
monitorada e a segunda a estaca hlice de deslocamento monitorada.
3.2 ESTACAS HLICE CONTNUA MONITORADA
A NBR-6122/2010 define este tipo de estaca como sendo de concreto moldada
in loco, executada mediante a introduo no terreno, por rotao, de um trado
continuo de grande comprimento de geometria helicoidal. A injeo de concreto feita
pela haste central do trado simultaneamente sua retirada.
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Como esta estaca uma das mais utilizadas no Brasil, a seguir ser descrito
em detalhes seu processo executivo.
3.2.1 Processo executivo
A metodologia executiva inerente s estacas hlice contnua bastante
simples, como mostra a figura 3.1, e pode ser dividida em trs etapas: perfurao,
concretagem simultnea a extrao da hlice do terreno, e colocao da armadura.
Figura 3.1 Perfurao do terreno (obra estudada).
a) Perfurao
A perfurao executada pela cravao da hlice no terreno, por meio de
movimento rotacional proveniente de motores hidrulicos acoplados em sua
extremidade, com um torque apropriado para que a hlice vena a resistncia imposta
pelo solo, atingindo a profundidade determinada em projeto. importante ressaltar
que, a perfurao executada sem que em nenhum momento a hlice seja retirada do
furo. A figura 3.2 mostra o momento da perfurao de uma estaca hlice da obra em
estudo.
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b) Concretagem
A concretagem da estaca comea depois de atingida a profundidade desejada,
por bombeamento do concreto pelo interior da haste tubular. O concreto sai do
caminho betoneira, sendo injetado pela extremidade superior da haste, como pode
ser observado na figura 3.4. A tampa metlica provisria expulsa devido presso
do concreto e a hlice passa a ser extrada pelo equipamento, sem girar ou, no caso
de solos arenosos, como o que ocorre na regio em estudo, girando muito lentamente
no sentido da perfurao.
O concreto injetado sob presso positiva. A presso positiva objetiva garantir
a continuidade e a integridade do fuste da estaca e, para isto, necessria a
observao de dois aspectos executivos fundamentais nesta fase. O primeiro
garantir que a ponta do trado, durante a perfurao, tenha atingido um solo que
permita a formao da bucha, para que o concreto injetado se mantenha abaixo da
ponta da estaca, evitando que o mesmo retorne pela interface solo-trado. O segundo
aspecto o controle da velocidade de retirada do trado, de forma que sempre haja um
sobre-consumo de concreto.
Figura 3.4 Concretagem de uma estaca na obra estudada.
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Assim como a perfurao, imprescindvel que a concretagem ocorra de forma
contnua e ininterrupta; desta maneira, as paredes onde se formar a estaca ficaro
sempre suportadas pelo solo presente entre as ps da hlice, acima da ponta do
trado, e pelo concreto que injetado, abaixo da face inferior da hlice. Usualmente
utilizada bomba de concreto acoplada ao equipamento de perfurao atravs de
mangueira flexvel de 100 mm de dimetro interno.
Durante a retirada do trado, a limpeza do solo contido entre as ps da hlice
normalmente realizada de forma manual como mostra a figura 3.5 ou com um limpador
de acionamento hidrulico ou mecnico acoplado ao equipamento, que remove o
material, sendo este, deslocado para fora da regio do estaqueamento, normalmente
com utilizao de p carregadeira de pequeno porte.
Figura 3.5 Retirada manual do solo entre as ps da hlice (obra estudada).
A NBR-6122/2010 especifica que o concreto a ser utilizado deve satisfazer as
seguintes exigncias:
Concreto usinado e bombeado
Consumo mnimo de cimento: 400kg/m3
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Resistncia compresso aos 28 dias: f ck > 20Mpa
Agregados areia e pedrisco
Fator gua/cimento: 0,50 a 0,60
Ensaio de abatimento (Slump Test): 220 35 mm;
Exsudao: < 1,0%
% de argamassa em massa: > 55%
c) Colocao da armadura
As estacas hlice contnua tm suas armaduras inseridas somente aps a
concluso da concretagem e isso limita o comprimento da armadura, assim como
pode inviabilizar o uso desta soluo quando sujeita a esforos de trao ou quando
utilizadas como elemento de conteno. A literatura internacional recomenda que as
armaduras sejam instaladas por vibrao, mas tambm podem ser inseridas por
gravidade ou por compresso de um pilo.
3.2.2 Controle da execuo
A estaca hlice contnua monitorada na execuo por um sistema
computadorizado especfico. Existem diversos equipamentos para o monitoramento,
na obra em estudo, por exemplo, foi utilizado o da marca Compugeo, modelo
S.I.M.H.E.C. Estes equipamentos fornecem ao todo 6 parmetros grficos e 11
numricos durante a execuo da estaca, dentre eles: profundidade, tempo, inclinaoda torre, velocidade de penetrao do trado, velocidade de rotao do trado, torque,
velocidade de retirada (extrao) da hlice, volume de concreto lanado, e presso do
concreto. A Figura 3.6 mostra o modelo utilizado na obra. Ao final da execuo da
estaca, o sistema emite uma folha de controle com os referidos dados.
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Figura 3.6 Equipamento utilizado para a monitorao eletrnica na obra estudada.
3.2.3 Vantagens e desvantagensO uso das estacas tipo hlice contnua tem aumentado a cada ano no Brasil, e
isso tem ocorrido devido srie de vantagens que esse tipo de fundao oferece.
No meio tcnico da engenharia de fundaes, uma das maiores preocupaes
correlao ao uso de estacas que diminuam ou, se possvel, eliminem as vibraes
causadas durante sua execuo, um dos grandes inconvenientes relacionados a
estacas pr-moldadas em geral.
As principais vantagens decorrentes do uso deste tipo de fundao esto
listadas abaixo:
Alta produtividade, diminuindo substancialmente o cronograma da obra com
utilizao de apenas uma equipe de trabalho;
Ausncia quase total de distrbios e vibraes tpicos dos equipamentos
utilizados para estacas cravadas;
Baixo nvel de rudo durante a execuo;
Grande variedade de solos em que pode ser utilizado este tipo de estaca,
inclusive rochas brandas, exceto na presena de mataces e rochas;
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Podem perfurar solos com SPT acima de 50 e a perfurao no gera detritos
poludos por lama bentontica, eliminando os inconvenientes relacionados
disposio final do material resultante da escavao;
Execuo monitorada eletronicamente;
Perfurao sem necessidade de revestimento ou fluido de estabilizao (lama
bentontica ou polmeros) para conteno do furo, pois o solo fica contido entre
as ps da hlice;
Podem ser utilizadas na presena de nvel de gua;
A injeo de concreto sob presso garante uma melhor aderncia no contato
estaca-solo e consequentemente maior resistncia lateral do elemento.
Em contrapartida, assim como em qualquer outra fundao, tambm existem
desvantagens que esto listadas abaixo:
As reas de trabalho devem ser planas e de fcil movimentao, devido ao
porte dos equipamentos, assim como o solo deve ter capacidade de suportar o
peso dos equipamentos, durante seu transporte e a execuo da estaca;
Em decorrncia de sua alta produtividade e do alto volume de concreto
demandado durante a execuo das estacas, necessria a presena de uma
central de concreto nas proximidades do local da obra;
Necessidade de um equipamento para a limpeza do material gerado durante aescavao;
Limitao da armao e do comprimento da estaca segundo o alcance do
equipamento;
Necessidade de uma quantidade mnima de estacas para compensar o custo,
normalmente elevado, de mobilizao dos equipamentos. Sua utilizao em
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locais distantes dos centros, onde normalmente estes equipamentos so
disponveis, tende a elevar ainda mais o custo de transporte do maquinrio;
A qualidade na execuo depende da sensibilidade e experincia do operador
da perfuratriz de execuo da hlice.
3.3. OUTROS TIPOS DE ESTACAS HLICE MONITORADA
3.3.1. Estacas Hlice de deslocamento monitorada
De acordo com a NBR-6122/2010 a estaca hlice de deslocamento monitorada
uma estaca de deslocamento, de concreto moldada in loco, executada mediante aintroduo no terreno, por rotao, de um trado com caractersticas tais que
ocasionem um deslocamento do solo junto ao fuste e ponta, no havendo retirada de
solo. A injeo de concreto feita pelo interior do tubo central.
Esta estaca se assemelha a estaca hlice contnua monitorada, as diferenas
decorrem tanto do emprego de trados especiais, como do procedimento de execuo
com o trado convencional. Segundo Velloso e Lopes, 2010; pelo menos dois tipos de
estacas hlice com deslocamento de solo devem ser mencionados: mega e atlas.
Estas estacas diferem da estaca hlice contnua monitorada na medida em que a
ferramenta helicoidal (ou trado) que penetra o terreno concebida de maneira a
afastar o solo lateralmente na hora em que a ferramenta introduzida ou extrada.
As estacas mega podem ser executadas com dimetro de 30 cm at 60 cm e
comprimento de at 35 m. A carga admissvel pode chegar a 2.000 kN. A figura 3.7
exibe a metodologia executiva da estaca que pode ser dividida nas seguintes fases:
penetrao por movimento de rotao e eventualmente fora de compresso de trado,
o tubo central fechado por uma ponta metlica que ser perdida, a penetrao
levada at a profundidade prevista; introduo da armadura no tubo (em todo o
comprimento da estaca), enchimento do tubo com concreto plstico; retirada do tubo
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com movimento de rotao no mesmo sentido e, eventualmente, esforo de trao;
simultaneamente o concreto bombeado.
Figura 3.7 Processo executivo da estaca mega (Velloso e Lopes, 2010).
O trado projetado de tal forma que, mesmo quando se chega prximo
superfcie do terreno na retirada do tubo, o solo pressionado para baixo, sem
qualquer sada de solo.
As estacas atlas podem ser executadas com dimetro entre 36 e 60 cm e
atingirem comprimentos de at 25 m. A execuo semelhante a da estaca mega,
diferindo na forma de retirada do tubo, que feita por movimento de rotao em
sentido contrrio ao da introduo dele, como mostra a figura 3.8.
Figura 3.8 Processo executivo da estaca Atlas (Velloso e Lopes, 2010).
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3.3.2 Estacas hlice mista monitorada
Uma proposta para um novo modelo de estaca hlice tem sido testada em
algumas obras recentes, tal proposta consiste em uma soluo intermediria em
relao aos tipos existentes e mencionados pela NBR-6122/2010.
Este novo tipo de est aca hlice tambm moldada in loco e executada
mediante a introduo no terreno, por rotao, de um trado helicoidal convencional,
todavia, na regio da ponta da estaca ocorre um deslocamento de solo, enquanto que
ao longo de todo o fuste da estaca o solo retirado de forma simultnea e intermitente
ao processo de concretagem. As outras etapas do processo executivo a so similares
s apresentadas para as estacas anteriores. A figura 3.9 mostra cada etapa do
processo executivo.
Figura 3.9 Processo executivo da estaca hlice mista.
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4. ESTUDO DE CASO
Neste captulo, apresenta-se a localizao da obra, juntamente com as
investigaes geotcnicas realizadas, as quais foram preponderantemente utilizadas
no estudo proposto. So tambm descritas as especificaes das estacas piloto, alm
das principais caractersticas das provas de carga realizadas.
4.1 A LOCALIZAO DO EMPREENDIMENTO
O empreendimento residencial situado s margens da lagoa de Jacarepagu,
no bairro da Barra da Tijuca, no municpio do Rio de Janeiro/RJ. A figura 4.1 mostra a
localizao geogrfica do bairro.
Figura 4.1 localizao geogrfica do bairro da barra da tijuca(http://maps.google.com.br/maps, acesso em 05/08/2013).
A cidade do rio de Janeiro ocupa a margem ocidental da baa de Guanabara, e
desenvolveu-se sobre estreitas plancies aluviais comprimidas entre montanhas e
morros. Est assentada sobre trs grandes macios: Pedra Branca, Gericin e o da
http://pt.wikipedia.org/wiki/Margem_(geografia)http://pt.wikipedia.org/wiki/Ba%C3%ADa_de_Guanabarahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Plan%C3%ADcie_aluvialhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7o_da_Pedra_Brancahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Gericin%C3%B3http://pt.wikipedia.org/wiki/Gericin%C3%B3http://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7o_da_Pedra_Brancahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7ohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Plan%C3%ADcie_aluvialhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Ba%C3%ADa_de_Guanabarahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Margem_(geografia) -
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Tijuca com picos de interesse turstico como o Bico do Papagaio, Andara, Pedra da
Gvea, Corcovado, o Dois Irmos e o Po de Acar.
Diversas lagoas, como as da Tijuca, Marapendi, Jacarepagu e Rodrigo de
Freitas formaram-se nas baixadas, muitas vezes formando regies com grande
acumulo de sedimentos.
A figura 4.2 mostra em detalhe a localizao da rea de estudo, com
visualizao do bairro (Barra da Tijuca), no municpio do Rio de Janeiro.
Figura 4.2 localizao geogrfica da rea de estudo(http://maps.google.com.br/maps, acesso em 03/07/2013).
O empreendimento residencial Rio Office Park H Essence fica sediado na
Avenida Embaixador Abelardo Bueno, n 1.111. A figura 4.3 exibe imagem de satlite
da regio.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7o_da_Tijucahttp://pt.wikipedia.org/wiki/Morro_do_P%C3%A3o_de_A%C3%A7%C3%BAcarhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_de_Marapendihttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_de_Jacarepagu%C3%A1http://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_Rodrigo_de_Freitashttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_Rodrigo_de_Freitashttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_Rodrigo_de_Freitashttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_Rodrigo_de_Freitashttp://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_de_Jacarepagu%C3%A1http://pt.wikipedia.org/wiki/Lagoa_de_Marapendihttp://pt.wikipedia.org/wiki/Morro_do_P%C3%A3o_de_A%C3%A7%C3%BAcarhttp://pt.wikipedia.org/wiki/Maci%C3%A7o_da_Tijuca -
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Figura 4.3 rea de interesse para o empreendimento imobilirio (as margens dalagoa de Jacarepagu) em imagem de satlite (vista em planta) obtida em
Google.com, dia 03/05/13.
A figura 4.4 apresenta uma maquete ilustrativa da fase final doempreendimento.
Figura 4.4 Maquete ilustrativa do empreendimento.
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4.2 SONDAGENS PERCUSSO
Toda obra de engenharia civil exige um conhecimento mnimo do solo, seja ele
utilizado como material de construo ou como elemento de suporte. Na elaborao
de projetos de fundaes, em carter genrico essencial: conhecer a estratigrafia do
terreno, classificar as camadas do solo e determinar as propriedades mecnicas do
mesmo. A obteno destas propriedades pode ser feita atravs de ensaios de
laboratrio ou de campo. Na prtica da engenharia brasileira, entretanto, h
predominncia dos ensaios in situ . O Standard Penetration Test (SPT) tambm
chamado de sondagem percusso ou de simples reconhecimento sem dvida, a
mais popular, rotineira e econmica ferramenta de investigao geotcnica em
praticamente todo o mundo, pois possui um procedimento de simples execuo
(Danziger, 2007).
Este ensaio normatizado no Brasil pela NBR-6484/2001 e constitui-se em
uma medida de resistncia dinmica do solo conjugado com a obteno de amostras
representativas do mesmo. A perfurao do terreno feita atravs de um trado e da
circulao de gua, sendo utilizado um trpano de lavagem como ferramenta de
escavao. As amostras representativas do solo so coletadas a cada metro de
profundidade por meio de um amostrador padronizado, com dimetro externo de
50 mm. O ensaio, conforme previsto em norma, consiste basicamente na cravao do
amostrador padro no solo, atravs de queda livre de um peso de 65 kg, caindo de
uma altura de 75 cm.
Para iniciar uma sondagem, monta-se sobre o terreno, no ponto onde esto
locados os furos, um cavalete de quatro pernas; em seu topo montado um conjunto
de roldanas, por onde passa uma corda, geralmente de sisal. Este conjunto auxiliar
no manuseio e levantamento do peso, como pode ser observado na figura 4.5.
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Figura 4.5 Sondagem de simples reconhecimento percusso SPT.
Com o auxilio de um trado cavadeira, perfura -se o terreno at a profundidade