PROVAS DE CARGA EM ESTACAS UMA APRECIAÇÃO …

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após o descarregamento total da estaca. A primeira estaca foi assim carregada até a pretendida carga de trabalho (76 t); depois descarregada, observando-se um recaI que permanente de 1,2 mm e, finalmente, carregada até 120 t, quando se observou o recalque de 5 mm. A segunda prova foi carregada, pelo método acima mencionado, até 115 t, quando se observou o recalque de 7 rum; e, então, descar- regada, mostrando um recalque permanente de 1,7 mm. Estou citando esses dados para mostrar como eles foram importantes no estabelecimento que se deu a seguir, não só da metodologia das provas de carga, como também do julgamento de seus resultados. Nessa épocajá a utilização quer das fórmulas dinâmicas, quer estáticas, para o cálculo da capacidade de carga de estacas individuais, estava desa- creditada. Um testemunho disto encontra-se nos anais do "Symposium de Solos", promovido pelo Instituto Nacional de Tecnologia, no Rio, em dezembro de 1942, na conferência ali pronunciada pelo Dr. Odair Grillo, sobre o comportamen- to das fundações por estacas, e nas discussões que se segui- ram (Grillo, 1943). As provas de carga impunham-se, então, como único método confiável para a determinação da capacidade de carga individual das estacas. Isto é, seriam essas provas ensaios para a determinação da carga admissível sobre as estacas, embora nada se pudesse dizer sobre os recalques totais das fundações por estacas. Mas isso dependia direta- mente do método de ensaio adotado e do julgamento dos recalques observados nas provas - os quais, já se sabia, nada tinham a ver com os recalques das fundações. Daí a importância que atribuo àquele momento histó- rico, nas provas do Instituto de Resseguros do Brasil, quando a prática, já adquirida pelos engenheiros do LP.T., foi apre- sentado ao Eng. Costa Nunes, como aquele que viria utilizar na prática, os resultados de tais ensaios. O estabelecimento definitivo do método brasileiro de provas de carga sobre estacas e das especificações dos recalques admissíveis obser- PROVAS DE CARGA EM ESTACAS UMA APRECIAÇÃO HISTÓRICA - Or. Eng. Milton Vargas - Este artigo aborda uma apreciação histórica no desenvolvimento de provas de carga em estacas no Brasil, enfatizando-se as contribuições pessoais do Prol Costa Nunes ao assunto. Um método preciso para executar estes ensaios começou a ser estudado pelo l.P. T, em colaboração com Costa Nunes, desde 1942. Os primeiros resultados destas investigações foram apresentados no 60 Encontro da A.B.N.T, realizado em Belo Horizonte, em 1945. Em 1951, foi adotada uma norma brasileira para provas de carga, baseada em incrementos lentos de carga, de maneira a permitir a escolha das cargas admissiveis, de acordo com os recalques observados durante os ensaios. Um relato sobre as realizações do Prol Costa Nunes no campo da tecnologia de estacas é apresentado, enfatizando-se suas contribuições nas Conferências Internacionais de Mecânica dos Solos. Finalmente, são discutidos os resultados de suas pesquisas para determinações de capacidade de carga de estacas, baseadas no SPT (Standard Penetration Tests) e em provas de carga instrumentadas. INTRODUÇÃO A prática de tratar fundações por meio de provas de carga sobre estacas foi introduzida no Brasil pela Companhia Internacional de Estacas Frankignoul, a' qual solicitou ao LP.T. que as planejasse e executasse. A primeira delas foi sobre estacas de tipo Franki das fundações da Estação da E.F. Noroeste, em Bauru, realizada pelo LP.T. em fevereiro de 1936, dois anos antes da instalação da sua Seção de Solos e Fundações (I.P.T., 1936). Entretanto, as primeiras provas de carga de estacas realizadas no Rio de Janeiro foram sobre duas estacas tipo Franki das fundações do Instituto de Resseguros do Brasil, em abril de 1942 (I.P.T., 1942). Já, então, a Seção de Solos do LP.T. tinha sido organizada, pelo Eng. Odair Grillo, há cerca de quatro anos. Coube a mim, como assistente da mesma, realizar a prova. Pois foi, então, que encontrei Costa Nunes - num impecável temo de linho branco - que iria acompanhar a prova como engenheiro da então, já empresa brasileira, Estacas Franki Ltda. De acordo com Costa Nunes, decidiu-se estabelecer definitiva e previamente o método de carregamento que, naquela época, ainda não era universalmente aceito. A prática trazida pelos engenheiros europeus da Franki era a de um carregamento rápido até uma vez e meia ou duas vezes a carga de trabalho prevista. Mas não havia ainda especificação clara de qual o recai que admissível, nem de que fração da carga de ruptura seria aceita como carga de trabalho. Especificou-se, então, que o carregamento seria fei- to com intervalos de carga de cerca de 10% da carga máxima pretendida na prova (prevista como 120t). Lia-se o recai que imediatamente após a aplicação da carga e depois, em intervalos de tempos dobrados, até estabiliza- ção aparente. Só então aplicava-se o acréscimo seguinte. O descarregamento era feito de forma semelhante e, con- siderava-se importante, a leitura do recai que permanente, Maio - 1993 Revista da DIRENG 33
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após o descarregamento total da estaca. A primeira estaca foi assim carregada até a pretendida
carga de trabalho (76 t); depois descarregada, observando-se um recaI que permanente de 1,2 mm e, finalmente, carregada até 120 t, quando se observou o recalque de 5 mm. A segunda prova foi carregada, pelo método acima mencionado, até 115 t, quando se observou o recalque de 7 rum; e, então, descar- regada, mostrando um recalque permanente de 1,7 mm.
Estou citando esses dados para mostrar como eles foram importantes no estabelecimento que se deu a seguir, não só da metodologia das provas de carga, como também do julgamento de seus resultados. Nessa épocajá a utilização quer das fórmulas dinâmicas, quer estáticas, para o cálculo da capacidade de carga de estacas individuais, estava desa- creditada. Um testemunho disto encontra-se nos anais do "Symposium de Solos", promovido pelo Instituto Nacional de Tecnologia, no Rio, em dezembro de 1942, na conferência ali pronunciada pelo Dr. Odair Grillo, sobre o comportamen- to das fundações por estacas, e nas discussões que se segui- ram (Grillo, 1943).
As provas de carga impunham-se, então, como único método confiável para a determinação da capacidade de carga individual das estacas. Isto é, seriam essas provas ensaios para a determinação da carga admissível sobre as estacas, embora nada se pudesse dizer sobre os recalques totais das fundações por estacas. Mas isso dependia direta- mente do método de ensaio adotado e do julgamento dos recalques observados nas provas - os quais, já se sabia, nada tinham a ver com os recalques das fundações.
Daí a importância que atribuo àquele momento histó- rico, nas provas do Instituto de Resseguros do Brasil, quando a prática, já adquirida pelos engenheiros do LP.T., foi apre- sentado ao Eng. Costa Nunes, como aquele que viria utilizar na prática, os resultados de tais ensaios. O estabelecimento definitivo do método brasileiro de provas de carga sobre estacas e das especificações dos recalques admissíveis obser-
PROVAS DE CARGA EM ESTACAS UMA APRECIAÇÃO HISTÓRICA
- Or. Eng. Milton Vargas -
Este artigo aborda uma apreciação histórica no desenvolvimento de provas de carga em estacas no Brasil, enfatizando-se as contribuições pessoais do Prol Costa Nunes ao assunto. Um método preciso para executar estes ensaios começou a ser estudado pelo l.P. T, em colaboração com Costa Nunes, desde 1942. Os primeiros resultados destas investigações foram apresentados no 60 Encontro da A.B.N.T, realizado em Belo Horizonte, em 1945. Em 1951, foi adotada uma norma brasileira para provas de carga, baseada em incrementos lentos de carga, de maneira a permitir a escolha das cargas admissiveis, de acordo com os recalques observados durante os ensaios.
Um relato sobre as realizações do Prol Costa Nunes no campo da tecnologia de estacas é apresentado, enfatizando-se suas contribuições nas Conferências Internacionais de Mecânica dos Solos. Finalmente, são discutidos os resultados de suas pesquisas para determinações de capacidade de carga de estacas, baseadas no SPT (Standard Penetration Tests) e em provas de carga instrumentadas.
INTRODUÇÃO
A prática de tratar fundações por meio de provas de carga sobre estacas foi introduzida no Brasil pela Companhia Internacional de Estacas Frankignoul, a' qual solicitou ao LP.T. que as planejasse e executasse. A primeira delas foi sobre estacas de tipo Franki das fundações da Estação da E.F. Noroeste, em Bauru, realizada pelo LP.T. em fevereiro de 1936, dois anos antes da instalação da sua Seção de Solos e Fundações (I.P.T., 1936).
Entretanto, as primeiras provas de carga de estacas realizadas no Rio de Janeiro foram sobre duas estacas tipo Franki das fundações do Instituto de Resseguros do Brasil, em abril de 1942 (I.P.T., 1942). Já, então, a Seção de Solos do LP.T. tinha sido organizada, pelo Eng. Odair Grillo, há cerca de quatro anos. Coube a mim, como assistente da mesma, realizar a prova. Pois foi, então, que encontrei Costa Nunes - num impecável temo de linho branco - que iria acompanhar a prova como engenheiro da então, já empresa brasileira, Estacas Franki Ltda.
De acordo com Costa Nunes, decidiu-se estabelecer definitiva e previamente o método de carregamento que, naquela época, ainda não era universalmente aceito. A prática trazida pelos engenheiros europeus da Franki era a de um carregamento rápido até uma vez e meia ou duas vezes a carga de trabalho prevista. Mas não havia ainda especificação clara de qual o recai que admissível, nem de que fração da carga de ruptura seria aceita como carga de trabalho.
Especificou-se, então, que o carregamento seria fei- to com intervalos de carga de cerca de 10% da carga máxima pretendida na prova (prevista como 120t). Lia-se o recai que imediatamente após a aplicação da carga e depois, em intervalos de tempos dobrados, até estabiliza- ção aparente. Só então aplicava-se o acréscimo seguinte. O descarregamento era feito de forma semelhante e, con- siderava-se importante, a leitura do recai que permanente,
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s nas provas deu-se, então, a partir desse momento. sta unes é uma figura básica nesse processo, devido à .
sua posição chave de engenheiro responsável poruma grande firma de estaqueamento que, para cá trazia uma tecnologia bem sucedida na Europa, além de professor da Escola Nacio- nal de Engenharia e especialista integrado na Engenharia de Solos nacional.
Seus três trabalhos, publicados sucessivamente na Revista Municipal de Engenharia, em janeiro de 1943 (Costa. Nunes, 1943), na mesma revista, em outubro de 1944 (Costa Nunes, 1944) e na Revista Politécnica, em outubro de 1945 (Costa Nunes, 1945), são testemunhos dessa sua atividade. No primeiro trabalho, Costa Nunes conclui: "a prova de carga constitui a única indicação de valor indiscutível sobre a capacidade de carga de uma estaca considerada individual- mente". Paraa fixação da (como ele chamajvcarga de segu- rança", a partir de provas de carga, ele manifesta-se favorável à admissão de uma carga, como segura, igual a uma fração do limite de proporcionalidade entre carga e recaI que, obser- vado na prova, ou uma parcela da carga de ruptura (entre 1,5 e 2).
Por outro lado, não aceita "in-totum" a idéia, corrente atualmente, de que a carga aplicada à estaca seria admissivel, desde que o recaI que observado seja inferior a um determi- nado valor pré-fixado.
No segundo trabalho, Costa Nunes faz uma análise de .' várias normas estrangeiras, para provas de carga em estacas,
da qual resulta sua proposta feita em nome da Estaca Franki Ltda: "Norma para prova de carga em estacas" apresentada e debatida na 6ª Reunião da A.B.N.T., realizada em Belo Horizonte, em 1945. Essa norma, que ganhou o "status" de norma brasileira NB-20, da A.B.N.T., em 1951, mantém os critérios de carregamento sucessivos de não mais de 20% da carga de trabalho; leitura dos recalques em intervalos suces- sivos dos tempos até estabilização aparente dos mesmos; e descarga em estágios sucessivos não superiores a 25% da carga total do ensaio.
Assim ficou instituído como norma brasileira o méto- do do carregamento lento das estacas de prova - o que é essencial para que se possajulgar da carga admissível a partir de recalques observados na prova. Do contrário, no carrega- mento rápido, intervêm deformações visco-elásticas, de- pendentes de coeficientes de viscosidade, que nada têm a ver com as cargas admissíveis.
Uma recomendação da norma de que, se o ensaio não for levado até ruptura, ele deverá ser continuado até obser- var-se um recalque total de 15 mm ou até uma vez e meia a carga de trabalho da estaca, transformou-se, inexplicavel- mente pela prática, em especificação de carga admissível. Assim, vem-se admitindo, ao abrigo dessa interpretação, que a carga admissível em estacas, submetidas a prova de carga individual é igual a carga que dá um recalque de 15 mm dividida por 1,5. É necessário, entretanto, lembrar que essa especificação nada tem a ver com a norma de execução da prova de carga proposta por Costa Nunes e acei ta pela ABNT. Aqueles valores só figuram na norma para estabelecer limites
mínimos aconselháveis até os quais deverão ser carreg as estacas de prova. Assim, as especificações de reca.cees; correspondentes às cargas admissíveis ou de coeficien redução da carga de ruptura, deverão ser pré-fixados ar, das provas.
O terceiro trabalho de Costa Nunes, completa t . suas idéias da época, sobre comportamento de funda - sobre estacas, e justifica o uso das provas de carga parz determinação da carga admissivel. Nesse trabalho, dá-se uz; coroamento das investigações e trabalhos do Prof. Co - Nunes sobre a questão das provas de carga sobre estacas Investigações essas que, suponho, tenham sido iniciadas três anos antes, por ocasião da prova de carga sobre as estacas "", fundação do Edifício Resseguros do Brasil, no Rio de Janei- ro.
Convém aqui dizer que o interesse das "Estacas Fran- ki" no esclarecimento da questão, extravasou o campo mera- mente comercial. O interesse demonstrado pelo seu presid - te, Eng. Pierre Moreau, como pelo Prof. Costa Nunes, principal orientado r técnico, patentea-se pelo estabelecimen- to, no I.P.T., de uma bolsa de pesquisa"a "Bolsa de Estudo: Paula Souza", cuja finalidade era a de levar adiante pesquisas de caráter estritamente tecnológicos sobre os problemas re- lativos a estacas e estaqueamentos. Talvez o mais interessan- te, e, sem dúvida, o que provocou repercussão internacional. foi o do Eng. Heitor Antunes Martins, 'que enfrentou o difícf problema do cálculo das tensões transmitidas ao terreno r estacas (Martins, 1945).
DISCUSSÃO DO PROBLEMA DAS CARGAS ADMISsíVEIS EM ESTACAS EM ÂMBITO INTERNACIONAL
Em 1948, por iniciativa do próprio Prof. Terzaghi, o: engenheiros de solos brasileiros foram solicitados a partici- par da 2ª Conferência Internacional de Mecânica dos Solo: e Engenharia de Fundações. A principal contribuição de Costa Nunes era sobre a fundação do tanque de óleo OCB-9, na Alemôa, Santos, sobre drenos verticais de areia, portanto. não tratava do assunto que aqui se está abordando. Contudo. Costa Nunes discutiu três trabalhos apresentados à Conferên- cia, dois dos quais eram sobre capacidade de carga de estacas A primeira discussão foi sobre um trabalho de Jaky, sobre cálculo teórico da capacidade de carga estática de estacas Costa Nunes discute a influência da distribuição de pressõ s na resistência lateral da estaca, junto à ponta. Discute ainda a aplicação da fórmula de Prandtl-Caquot para o cálculo d resistência de ponta da estaca. Discute, finalmente, a cone! - são de Jaky de que a resistência de uma estaca, cuja ponta esteja em argila, seja muito menor que as de ponta em areia (Costa Nunes, 1948 a).
Mas é na discussão sobre o trabalho de Rdzimir Pies- kowski, sobre o recaI que admissível das estacas, que Cos; Nunes leva ao nível internacional, aquilo que tinha si investigado e discutido aqui no Brasil. Ele concorda com
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autor de que é "realmente difícil imaginar a relação existente entre o recai que de uma única estaca (submetida à provas, sob o dobro da carga de trabalho) e tanto o recalque total como o diferencial da fundação". Mas não está de acordo que o critério apresentado pelo autor - de adotar como carga admissível uma fração do limite de elasticidade (proporcio- nalidade entre carga e recalque observada na prova) - seja generalizado para qualquer caso. Apresenta, então, curva carga-recai que obtida em provas de carga brasileira, em que mostram curvaturas notáveis a partir do início do ensaio. Como exemplo, cita que a norma DIN-I 054, em sua edição de 1939, adota como carga admissível a metada do limite de elasticidade; mas a edição de 1940 só adota uma fração da carga de ruptura. Finalmente, apresenta uma análise estatís- tica dos desvios das curvas carga-recai que de uma interpola- ção linear. mais da metade dos casos mostraram excessos de mais de 6% além da interpolação linear. Conclui Costa Nunes, nessa discussão que "parece que a melhor maneira de se determinar a pressão admissível de uma estaca (numa prova de carga) é a de adotar uma fração da carga de ruptura". Mas conclui que se deva prever, por meio de cálculo, qual seria o recalque da fundação em questão (Costa Nunes, 1948 b). Nessa época, portanto, ele firma sua opinião de que a carga admissível seja fixada a partir da carga de ruptura; abandona, portanto, a idéia de fixá-Ia como fração de um limite de proporcionalidade carga-recai que observado na prova e, fi- nalmente, mantém sua rejeição da fixação de um máximo de recalque como admissível.
A preocupação de Costa Nunes com a normalização do projeto e construção de fundações está patente ainda no trabalho publicado nos anais da ABMS, em 1952 (Costa Nunes, 1952), onde ele faz uma análise extensiva dos códigos de fundações existentes. No Congresso Interna- cional realizado em 1953, em Zurich, Costa Nunes apre- sentou, com a colaboração de quem escreve este trabalho, um estudo da capacidade de carga de estacas cravadas ou moldadas em solo residual, em base a resultados de ensaios de laboratório e provas de carga (Costa Nunes e Vargas, 1953). Esse trabalho, que ainda hoje é citado na literatura internacional; é um dos primeiros a tentar aplicar o pouco que já se sabia na época sobre as propriedades geotécnicas dos solos residuais, ao problema das fundações por esta- cas. Tratava-se de comparar as capacidades de carga cal- culadas pela fórmula de Meyerhof com resultados de pro- vas de carga. .
O solo residual tomado como exemplo foi o forma- do por uma camada superdicial de argila ou areia "porosa" (não saturada, e de grande volume de proros) sobre um substrato firme de argila dura ou solo de alteração de rocha (saprolito, como se chama hoje). As propriedades mecâni- cas desses solos residuais tinham sido estudadas com al- gum detalhe, pelo segundo autor, em sua tese para concur- so de Cátedra, na Escola Politécnica de São Paulo. Por esses estudos concluía-se que a resistência ao cisalhamento da camada "porosa", para o cálculo da capacidade de carga das estacas (a partir de ensaios consolidados e não drenados - que
se supunha simular as condições de ruptura de uma estaca de prova) seria expressa pela equação de Coulumb:
't = C + cr tg <p (I)
onde c seria a coesão aparente e <p um ângulo de resistência ao cisalhamento obtidos numa reta AB envolvendo as curvas obtidas nos ensaios de cisalhamento correspondentes, numa faixa de pressões correspondentes às atuantes ao longo do fuste. A resistência ao cisalhamento do substrato firme, onde se apoiava a base da estaca seria (dentro das condições de confinamento prevalecentes na ponta da estaca) dada por uma coesão aparente c, observada em ensaio de compressão triaxial consolidado e não drenado, na faixa de pressões da base. Esses parâmetros não seriam características intrínse- cas do solo mas parâmetros empíriços, correspondentes as resistências ao cisalhamento prevalecentes ao longo do fuste e na ponta da estaca, para as condições de pressão ali atuantes. Quanto à resistência ao cisalhamento do substra- to firme, seria a correspondente a um carregamento do tipo consolidado não-drenado; mas, para os materiais duros do substrato firme, na faixa das pressões prevalecentes na zona da ponta, as envoltórias consolidado não-drenado ou não-drenado são muito próximas. De forma que ambos os ensaios são válidos para a obtenção da coesão na zona da ponta.
As capacidades de carga de sete estacas moldadas em solo poroso, sem atingir o substrato firme, e mais seis estacas cuja ponta assentava-se sobre substrato firme, fo- ram calculadas pela fórmula de Meyerhof, em base aos parâmetros de resistência determinados em laboratório, segundo os preceitos acima mencionados. Em todas essas estacas tinham sido executadas provas de carga até ruptu- ra, exceto na última, que era uma estaca Franki de grande capacidade de carga. Nessa última, a carga da prova foi levada até 310 tf, sem sinal de ruptura. A capacidade de carga calculada, segundo o método acima mencionado, foi de 448 tf. Nas estacas moldadas em terreno poroso, com resistência de ponta desprezível, os valores obtidos por cálculo foram muito próximos dos observados em provas de carga. Para as restantes estacas, os valores calculados concordavam bastante com os observados.
Em 1952, foi realizada a "Jornada de Mecânica dos Solos", organizada sob os auspícios do "Comité Français de Mecanique des Sols" sobre o tema: "A Mecânica dos Solos e a Capacidade de Carga das Estacas", onde apare- ceram grandes progressos feitos no cálculo da capacidade de carga das estacas. Em memória publicada nessajomada (A.I.T.B.T.P., 1953) é que aparece o trabalho de Skernp- ton, Yassin e Gibbson sobre a teoria da capacidade de carga de estacas em areia e o de Meyerhof sobre "Pesquisas sobre a Capacidade de Carga de Estacas". Porém, nenhum dos dois veio modificar substancialmente os conhecimen- tos adquiridos no Brasil sobre a questão; pelo contrário, vários de nossos resultados foram aproveitados pelos au- tores estrangeiros, principalmente para corrigir empirica-
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=.;:::;;::~.\~I!.::res- do coeficientes de capacidade de carga Nc ..: DO do coeficiente Ny para o caso de estacas.
n 'em mencionar que, nesta mesma Conferência de - Co ta unes impressionou-se com um trabalho de
~~;on e Chapon sobre a "Relação entre Resistências Está- _ - e Dinâmicas das Estacas" , onde os autores procuraram
restabelecer a confiança nas fórmulas dinâmicas para deter- ..••.mação da capacidade de carga (especificamente as fórmu-
holandesas). Na discussão a este trabalho, Costa Nunes 1953) acha que o trabalho tem "o mérito incontestável de
ressuscitar a esperança que o emprego das fórmulas dinâmi- as pudessem ter uma outra finalidade além do controle da
cravação, num terreno bem conhecido sob o ponto de vista geotécnico". Ele acredita, ou acreditou naquele momento, que as fórmulas dinâmicas poderiam abrir a possibilidade de abordar o problema sob o ponto de vista estatístico.
A atuação do Prof. Costa Nunes sobre a questão de provas de carga sobre estacas e fundações sobre estacas continua ainda no 4.9. Congresso Internacional, realizado em Londres, em 1957, onde ele discute vários pontos do relatório geral de Rutledge sobre "Estaqueamento e Fun- cações sobre Estacas" (Costa Nunes, 1957). Parece-me, entretanto, que a partir dessa época, a questão de determi- nação da capacidade de carga de estacas por meio de provas de carga passou a ser considerada como plenamente estabelecida. Surgiram, então, as discussões sobre a utili- zação dos ensaios de penetração estático e dinâmico com essa finalidade. É isso que se depreende do Relatório Geral sobre "Técnicas de Fundações", apresentado por Costa Nunes (1958) no 22. Congresso Brasileiro.
RESISTÊNCIA À PENETRAÇÃO E CAPACIDADE DE CARGA E ESTACAS
Embora o assunto que nos prenda seja o da contribui- ção do Prof. Costa Nunes para o esclarecimento da utilização de provas de carga diretas padronizadas na previsão das cargas admissíveis sobre estacas, não nos parece possível deixar de mencionar sumariamente um assunto correlato: o da utilização da resistência à penetração, quer estática, como ensaio de cone holandês, quer dinâmica, representada no Brasil pelo ensaio de penetração do barrilete amostrador de sondagens de reconhecimento dos terrenos de fundações.
A companhia Franki já utilizava, há muito tempo, um ensaio desse tipo - denominado: "auscultação" -, que consistia na cravação de uma haste no terreno e contagem dos golpes de um martelo padrão, necessários para fazer penetrar a haste no solo.
O I.P.T. tinha introduzido, em 1940, a prática de medir o número de golpes necessários para fazer penetrar um bar- rilete amostrador de 45 mm de diâmetro, 30 em no solo, logo abaixo da ponta do tubo de revestimento de uma sondagem de tipo especial, projetada e fabrica da no I.P. T. para reconhe- cimento de solos, para fins de estudos de fundações (Vargas, 1945). Essa observação de índice de resistência à penetração
dinâmica do solo, tinha por finalidade inicial simples:=z:l: julgar da consistência ou compacidade de vária atravessadas pela sondagem. Entretanto, já se perce um gráfico de índices de resistência à penetração. profundidade poderia ser utilizado para prever o comprir:: - to das estacas e, quiçá, avaliar sua capacidade de carga. - de forma mais ou menos semelhante ao que fazia a Fr - com seu ensaio de "auscultação" .
Com a publicação do livro de Terzaghi e Peck, e::::: 1948 - "Soil Mechanics in Engineering Practice", foi divulga entre nós um método semelhante de medida da resistência ~ penetração: o método SPT. Esse, entretanto, dava números resistência diferentes dos nossos, em vista tanto das dimensões do barrilete amostrador como do método de contagem d - golpes. Foi, então, que Terzaghi e Peck introduziram a idéia de correlacionar diretamente índice de resistência à penetração com pressões admissíveis em fundações diretas. A idéia anterior do LP.T. era a de utilizar a resistência à penetração para julgar da consistência e compacidade e, depois, correlacionar essas com as pressões admissíveis, por meio de códigos de fundações regionais. Prevaleceu, como é óbvio, o ponto de vista da auto- ridade de Terzaghi e Peck. Desde então, tenta-se correlação do índices de resistência à penetração não só com a pressão admis- sível mas, também, com várias outras propriedades do solo.
A prática brasileira de resistência à penetração dinâ- mica foi apresentada por Milton Vargas, em seu relatório à Seção de Técnicas de medidas de Campo e Amostragem, da 4ª Conferência Intemacional de Londres (Vargas, 1957). procurando enfatizar que sua validade é só regional.
O ensaio de penetração estática, pelo cone holandês. foi introduzido no Brasil pela Franki, por volta de 1950. evidentemente sob a responsabilidade de Costa Nunes. Aliás. no âmbito da Mecânica dos Solos, o ensaio do cone holandê é mais antigo que o de resistência à penetração dinâmica; poi ele foi divulgado internacionalmente, pelo Laboratório de Mecânica dos Solos de Delft, já em 1936, no Primeiro Congresso Intemacional (Delft, 1936), enquanto que o SPT só o foi em 1948 por Terzaghi e Peck. É de se notar a curio particularidade que o ensaio holandês sempre esteve ligad às fundações por estacas; enquanto que o SPT, embor originado numa companhia de estaqueamento - a Raymond 'Piles -, foi sempre mais utilizado para a previsão de pressões admissíveis em fundações diretas.
A questão da resistência à penetração dinâmica e estática começou a ser discutida em âmbito internacional em 1957, na Seção "Técnicas de Medidas de Campo e Amostra- gem", da 4ª Conferência Internacional, realizada em Lon- dres. Ali, o relator geral chamou a atenção sobre o fato da enorme quantidade de diferentes tipos e métodos de medida da resistência à penetração e da conveniência de que alguns poucos, dentre esses, fossem escolhidos e padronizado-o Disso resultou a organização de um Comitê da I.C.S.M.F.E. para estudar a questão. Havia um grupo europeu que deveria estudar principalmente os métodos estáticos e um, america- no, que procuraria padronizar o método da resistência dinã- rnica; pois que o SPT, apesar de se chamar" standard" estava
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longe de o ser. Infelizmente, esse Comitê não conseguiu chegar a bons resultados, em vista dos interesses nacionais em manter seus próprios métodos.
No congresso internacional seguinte, realizado em Paris, em 1961, a questão foi retomada em duas sessões: a primeira sob o título: "Métodos de Médias das Características dos Solos in-situ e Colheita de Amostras", e a segunda, sobre "Fundações em Estacas". Costa Nunes tomou parte nas dis- cussões de ambas as sessões, tentando correlacionar resistên- cias à penetração dinâmica e estática, entre si e com relação às provas de carga. Na sessão sobre estacas, Costa Nunes discutiu a previsão da capacidade de carga a partir do ensaio de cone holandês (Costa Nunes, 1961 a.). Na sessão sobre medidas "in-situ", ele apresentou uma correlação entre o ensaio de cone holandês e resistência dinâmica SPT. São correlações obtidas em sondagens e ensaios holandeses rea- lizadas pela Tecnosolo S/A (que fora fundada em 1957 por Costa Nunes), para o estudo de fundações dos edifícios de Brasília. Essas correlações mostraram coeficientes de corre- lação estatística de 0,97 para areias e 0,80 para argilas areno- sas. Entretanto, para os solos contendo pedregulho, a disper- são era inaceitável para fins práticos (Costa Nunes, 1961 b.).
Durante as décadas de 50 e 60 foram publicados um grande número de trabalhos tentando correlações entre as resistências à penetração dinâmica e estática e as cargas admissíveis para fundações diretas e estacas. Uma das pri- meiras, mas,já adotando conclusões anteriores, foi o travalho de Meyerhof (Meyerhof, 1956). A correlação que se preten- dia entre densidade das areias e resistência à penetração levou Costa Nunes a projetar um tanque de água sobre camada superficial de areia fofa, compactada pela cravação de estacas de areia, cravadas com o equipamento Franki. A compacta- ção da camada de areia foi controlada por ensaios de cone holandês (Costa Nunes, 1965).
Tenho a impressão que a síntese dessas tentativas de correlação deu-se com a tese do Prof. Victor de Mello, apresentada à Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da USP em 1967 (Mello, 1967). Tal tese serviu de base ao relatório sobre estado dos conhecimentos, apresentado por Victor de Mello, ao 42 Congresso Panamericano, realizado em POIto Rico, em 1971 (Mello, 1971). É interessante notar que, nesse
~ mesmo Congresso, o Eng. Ferraz Napoles Neto apresentou um trabalho que historia a evolução da questão da resistência à penetração no âmbito da LC.S.M.F.E. (Napoles Neto, 1971). É um trabalho que interessa especialmente àqueles que se preocupam com o desenvolvimento da Mecânica dos Solos em nosso país.
A culminação de todos os estudos e pesquisas brasi- leiras, sobre a aplicação das resistências à penetração ao cálculo da capacidade de carga de estacas, deu-se com a apresentação do trabalho de Nelson Aoki e Dirceu de Alencar Velloso, que tinham substituído Costa Nunes na direção técnica da "Estacas Franki", ao 50-Congresso Panamericano realizado em Buenos Aires, em 1975 (Aoki e Velloso, 1975). Nesse trabalho, a partir de correlações já estabeleci das entre a resistência à penetração SPT, de cone holandês e capacida-
de de carga, os autores expõem um método sistemático de cálculo, o qual é justificado pela comparação de seus resul- tados com a experiência da Franki,
A crítica que se pode apresentar sobre toda essa se- qüência de estudos e pesquisas é que toda correlação entre ensaios e propriedades de materiais depende de dois fatores. O primeiro, é o da padronização dos ensaios. Ora, pelo menos no caso da resistência à penetração estática, seu ensaio ainda não estava padronizado, no período em que tais investigações foram feitas. Em muitas das publicações dessa época, foram utilizados resultados de ensaios obtidos com métodos dife- rentes, sem que aparentemente nem os autores percebessem isso. O segundo, é que tais correlações são estatísticas e, portanto, trazem consigo variações que, às vezes, tomam as correlações praticamente inúteis para seu uso em engenharia. Como a maioria dos autores não se desse ao trabalho de calcular os coeficientes de variabilidade das respectivas cor- relações, o emprego prático delas tomou-se, pelo menos, duvidoso. No trabalho de Victor de Mello, apresentado na Conferência Panamericana de Porto Rico, pôde-se observar a variabilidade, inaceitável para fins práticos, em vários dos gráficos com que ele ilustra seu trabalho.
Em vista disso creio que seria, agora, o momento de repensar o problema. Padronizar cada detalhe dos ensaios de penetração. Refazer as correlações e determinar suas varia- bilidades, tendo em mente sempre que elas serão válidas somente para ensaios padronizados e vigentes somente para os tipos de solos que ocorrem em cada região. Este aspecto estatístico dos problemas de solos preocupava Costa Nunes, pois tratou da natureza estatística dos problemas de fundaçõ- es num dos tópicos de uma sua conferência em Recife, em 1977 (Costa Nunes, 1977).
PROVAS DE CARGA EM ESTACAS INSTRUMENTADAS
A etapa seguinte na linha de pesquisa brasileira sobre capacidade de carga de estacas, da qual Costa Nunes é um dos principais protagonistas, foi a da execução de provas de carga em estacas devidamente instrumentadas, com a finali- dade de investigar os quinhões de carga transmitidos ao terreno, ao longo do fuste, e pela ponta da estaca.
Os resultados de provas sobre estacas ou modelos de estacas instrumentadas já eram publicados desde o início da década de 50; porém, as primeiras provas feitas no Brasil foram pela Tecnosolo, e seus resultados apresentados por Costa Nunes e Dringenberg, ao 62 Congresso Panamericano, reunido em Lima, em 1979 (Costa Nunes, et aI., 1979). Ao mesmo Congresso foram apresentados resultados de provas de carga sobre estacas instrumentadas, por Dirceu VeIloso, Nelson Aoki e José Antonio Salomoni (Velloso et aI., 1979).
A partir de então, uma grande série de trabalhos apresentando resultados de provas de carga sobre estacas instrumentadas apareceram na literatura técnica nacional e estrangeira. Simultaneamente com as observações em esta-
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mentadas, desenvolveu-se o cálculo numérico da nsferência interativa das cargas de atrito lateral e de ponta - o. O processo matemático mais bem sucedido foi o ulo numérico exposto, pela primeira vez com sua forma
~ finitiva, por Vesic, em 1970 (Vesic, 1970). Em 1977, o or teve a oportunidade de apresentar tal cálculo, numa
érie de palestras que fez no LNEC, em Lisboa (Vargas, 9- ).
A partir dessa análise matemática e das observações em estacas instrumentadas, o autor tentou propor, em discus- são oral ao 102 Congresso Internacional reunido em Esto- colmo, em 1981 (Vargas, 1981), uma maneira de utilizar os resultados de provas de carga no sentido de, não somente determinar a carga admissível, separando as resistências laterais e as de ponta, como também avaliar os valores dos "módulos de deformabilidade" necessários para prever o recaI que das fundações sobre estaca. A principal dificuldade do método está em como determinar o "recalque elástico" da estaca, sob a carga de trabalho. Em discussão à palestra, realizada no Instituto de Engenharia, em 1980, e publicada posteriormente (Vargas, 1981 e 1983), chegou-se a concluir que a melhor maneira de determinar o recaI que elástico, seria a seguinte: carregar a estaca de prova, em intervalos de carga sucessivos de não mais de 20% da carga de trabalho. Descar- regar, da mesma forma, a estaca e ler o recaI que permanente pr, sob carga zero. Calcular o recalque elástico da estaca como se fosse uma coluna, não sujeita a flambagem, pe'. Determinar um aparente recalque elástico ps", como tangen- te à curva de descompressão da prova de carga. O recaI que pe procurado não poderá ser, por razões óbvias, maior que pe' e nem menor quep;". Um valor próximo do real seria aquele obtido como média entre pe' e pe" .
Com isso seria possível separar a carga transmitida ao solo ao longo do fuste e pela ponta da estaca. Com esses valores seria possível estimar os "módulos de deformabilida- de do solo ao longo do fuste e na zona afetada pela ponta da estaca. O que nos permitiria a estimativa dos recalques da fundação.
Costa Nunes e o seu colaborador M. Fernandes apre- sentaram ao 7º- Congresso Brasileiro, reunido em Olinda, em 1982, uma interpretação dos resultados de prova de carga, em estacas instrumentadas, diversas da anteriormente menciona- da (Costa Nunes et al., 1982). Eles não procuram tirar con- clusões das provas de carga instrumentadas no sentido de interpretar provas comuns; mas, concluem pela necessidade de instrumentar as estacas em prova de carga, a fim de oncluir sobre transferência de carga ao solo e sobre a quali-
es rutural da própria estaca. cipal diferença desse trabalho em relação ao ante-
irado está na análise matemática do problema, ormações, em vez de cargas transmitidas. Isto
>';';;:~ll.ra:s com banas medidoras ("tell-tales") o S:'~S::':~ alques e não tensões. E isso, também,
e medidas feitas com extensômetros - . O autores chamam, assim, a aten-
ção para as dificuldades de passar de medidas de def - es para tensões e apresentam uma análise matemá " baseada em deformações específicas.
Para manter uma proporcionalidade entre as pre - ticais sobre a seção transversal de estacas, à profunc crescentes, os autores têm que introduzir um "mód elasticidade da estaca embutida à profundidade z", toma a análise pouco elegante, uma vez que a aplica ~ teoria da elasticidade - como foi feito no artigo - exig consideração de um "módulo de elasticidade" constan; independente das pressões de confinamento. Como resu disso, os autores propõem a adoção de um "módul elasticidade" médio da estaca embutida no solo. Evid mente, esse "módulo" é aparente e diferente do "mód - elasticidade" real do material da estaca. Na realidade = deformação e não o módulo de elasticidade que varia c _ confinamento. Este "módulo aparente" variará, po com as pressões axiais aplicadas além de ser diferente módulo real da estaca. Este artifício corrige, entretanto, deficiência do cálculo de distribuição de tensões do tra anteriormente citado, onde não foi considerado o efeito confinamento sobre as deformações dos vários segment - estaca.
Além da aplicação desse método de interpretac; num exemplo do trabalho em questão, Costa Nunes e boradores apresentaram a IIª Conferência Internaci reunida em São Francisco, em 1985, uma análise da tr - rência de carga observada em duas provas de carga estacas curtas moldadas no terreno (Costa Nunes et al., I
Essas provas podem servir como modelos para o de estacas de grande diâmetro e grande capacidade de car; moldadas no solo pelo mesmo processo como são, por exez plo, as assim chamadas estacas barretes. Ambas tinham em, com respectivamente 8 e 14 m de comprimento. 0_ era constituído por uma camada de aterro silto-arenoso, cerca de 4,5 m de espessura, sobre um substrato de folh a princípio alterado e depois maciço. Em ambas as es observou-se a predominância do atrito lateral sobre a r tência de ponta.
Convém aqui comentar que essas provas de car; foram realizadas provendo-se a carga de reação por mei tirantes ancorados no solo em tomo da estaca. Esse pro para providenciar cargas de reação às provas de carga grande capacidade de carga foi idealizado por Costa Nua com a finalidade de realizar provas sobre as estacas-tubu ~ da Ponte Rio-Niterói, cujas cargas de trabalho variavam 650 a 1000 t.
Pois Costa Nunes realizou uma prova sobre tais - cas, indo até 1750 t, com esse processo de ancoragem, forme descrito em seu trabalho, apresentado ao 9º Con Internacional realizado em Tóquio, em 1977 (Costa Nunes al., 1977). Um tal processo de ancoragem para provas de carg, sobre estacas de alta capacidade de carga foi analisado pel métodos dos elementos finitos, por Alencar Velloso e Car- lho Santos, num seu trabalho apresentado ao 82 Con Brasileiro, realizado em Poro Alegre, em 1986 (Velloso et
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CONCLUSÕES
o propósito da presente apreciação histórica sobre a teoria, a prática e os métodos de execução de provas de carga sobre estacas, não tem nem finalidade didática nem almeja contribuir, esclarecer ou complementar a tecnologia básica desses ensaios. Seu propósito é o de documentar o quanto a engenharia brasileira deve ao Prof. Costa Nunes por sua dedicação, quase que durante meio século, no aperfeiçoa- mento desse ensaio, procurando tomá-Ia cada vez mais útil à Engenharia de Solos Nacional. O
"Provas de Cargas em Estacas - Uma Apreciação Histórica" Milton Vargas, Dr. Eng. Prot. Emérito EPUSP Diretor Themag Engenharia LTOA - São Paulo
Publicado originalmente na: Solos e Rochas - Revista Brasileira de Geotecnia Edição Especial - 1990 "Volume Costa Nunes" Vol. 13, nº- único, p. 3-12, 1990
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