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UDC - UNIÃO DINÂMICA DE FACULDADES CATARATAS CURSO DE ENGENHARIA CIVIL AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA POR ATRITO LATERAL DE ESTACAS ESCAVADAS NA REGIÃO DA TRÍPLICE FRONTEIRA AGOSTINHO JOSÉ RAMOS FOZ DO IGUACU - PR 2008

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AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA POR ATRITO LATERAL DE ESTACAS ESCAVADAS NA REGIÃO DA TRÍPLICE FRONTEIRA

AGOSTINHO JOSÉ RAMOS

FOZ DO IGUACU - PR 2008

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AGOSTINHO JOSÉ RAMOS

AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA POR ATRITO LATERAL DE ESTACAS ESCAVADAS NA REGIÃO DA TRÍPLICE FRONTEIRA

Trabalho final de graduação, apresentado à banca examinadora da União Dinâmica de Faculdades Cataratas, como requisito parcial de avaliação, para obtenção do grau de bacharel em Engenharia Civil, sob orientação do Prof. Msc. Célcio José Escobar.

FOZ DO IGUACU - PR 2008

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“Aprendemos a voar como os

pássaros, a nadar como os peixes;

mas não aprendemos à simples arte

de vivermos juntos como irmãos.”

M. Luther King

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DEDICATÓRIA

A Deus , pois foi quem me deu a vida e permite-me, que tenho tantas

oportunidades.

Aos familiares, pelo incentivo e compreensão

nos momentos de ausência.

Aos meus amigos, poucos em números, mas

incomensuráveis na qualidade.

Aos professores e colaboradores da UDC,

pela sua colaboração e empenho, em especial ao orientador .

Aos colegas

da faculdade, pelos diversos momentos de estudos e

descontração.

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RESUMO

O solo é a variável mais complexa quando se trata de fundações, portanto o seu estudo em profundidade é de fundamental importância para que se executem obras com qualidade. Fundações por meio de estacas escavadas têm sido largamente empregadas para cargas de pequeno e médio porte. O presente trabalho objetivou a avaliação da resistência por atrito lateral desse tipo de estaca no perfil geotécnico na região da Tríplice Fronteira, através da execução de provas de carga dinâmica em 3 estacas de 0,25 m de diâmetro e 6 m de profundidade, e comparar os resultados obtidos com os métodos semi-empíricos muitos difundidos no Brasil, Aoki e Velloso e Décourt e Quaresma.

Os resultados obtidos com o estudo permitiram constatar que os métodos semi-empíricos são relativamente conservadores, uma vez que os valores alcançados foram bem superiores aos estabelecidos pelos referidos métodos. Assim sendo tal estudo permitirá utilizar como parâmetro os dados levantados pelo presente trabalho.

Palavras-chave: solo, fundações, estaca, atrito lateral.

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LISTA DE FIGURAS

Figura 01: Perfuratriz sobre escavadeira...........................................................................29

Figura 02: Perfuratriz sobre escavadeira...........................................................................29

Figura 03: Perfuratriz sobre caminhão ...............................................................................30

Figura 04: Perfuratriz sobre caminhão ...............................................................................30

Figura 05: Reação plataforma carregada ..........................................................................32

Figura 06: Reação através estacas ....................................................................................32

Figura 07: Reações através tirantes...................................................................................33

Figura 08: Local de realização.............................................................................................42

Figura 09: Realização da sondagem ..................................................................................43

Figura 10: Pesando solo para ensaio.................................................................................44

Figura 11: Ensaio granulométrico .......................................................................................44

Figura 12: Preparação de armadura...................................................................................44

Figura 13: Armadura da estação de reação ......................................................................44

Figura 14: Vista do equipamento Strauss..........................................................................45

Figura 15: Detalhe sonda do equipamento .......................................................................45

Figura 16: Perfuração manual da estaca...........................................................................46

Figura 17: Moldagem de corpo de prova ...........................................................................46

Figura 18: Slump-test do concreto ......................................................................................46

Figura 19: Corpos de prova .................................................................................................47

Figura 20: Estaca de reação concretada ...........................................................................47

Figura 21: Estacas em séries ..............................................................................................47

Figura 22: Estaca a ser ensaiada .......................................................................................47

Figura 23: Macaco hidráulico...............................................................................................54

Figura 24: Estaca sendo ensaiada .....................................................................................54

Figura 25: Relógio comparador ...........................................................................................54

Figura 26: Detalhe da estaca recalcada ............................................................................54

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LISTA DE QUADROS

Quadro 01: Capacidade de carga de estaca conforme o diâmetro ...........................30

Quadro 02: Valores F1 e F2 em função do tipo de estaca ........................................38

Quadro 03: Valores de K e α em função do tipo de solo ...........................................38

Quadro 04: Valores de K em função do tipo de solo .................................................40

Quadro 05: Valores de α e β em função do tipo de estaca e de solo........................41

Quadro 06: Cargas oriundas de cálculo ....................................................................51

Quadro 07: Cargas em as estacas foram submetidas versos deformação ...............55

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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

USP Universidade de São Paulo

Y Peso específico

Ps Peso do sólido

Vs Volume do sólido

h% Teor de umidade

Pa Peso da água

Pt Peso total

Vt Volume total

Є Índice de vazios

GC Grau de compacidade

n% Porosidade de um solo

SPT Índice de Resistência à Penetração

CPT Ensaio de penetração do cone

NBR Norma Brasileira de Regulamentação

N ou Nspt Número de golpes do SPT

LL Limite de liquidez

LP Limite de plasticidade

LC Limite de contração

K Rigidez ou compressibilidade relativa estaca/solo

α coeficiente de função de forma

β Fator de adesão

F1 Fator de carga de ponta em função do tipo de estaca

F2 Fator de carga lateral em função do tipo de estaca

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SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ......................................................................................................12

2. OBJETIVOS....................................... ...................................................................13

2.1 Objetivo Geral................................. ...................................................................13

2.2 Objetivos Específicos .......................... .............................................................13

3. JUSTIFICATIVA................................... .................................................................14

4. CONSIDERAÇÕES BÁSICAS DOS SOLOS ................. ......................................15

4.1 Formação dos Solos ............................. ............................................................17

4.2 Propriedades das Partículas Sólidas dos Solos .. ..........................................17

4.3 Índices Físicos dos Solos...................... ...........................................................18

4.3.1 Elementos Constituintes dos Solos ............ ..........................................19

4.3.2 Teor de Umidade do Solo ...................... .................................................20

4.3.3 Peso Específico Aparente e Massa Específica A parente do Solo ......20

4.3.4 Índice de Vazios ............................. .........................................................20

4.3.5 Grau de Compacidade .......................... ..................................................21

4.3.6 Porosidade de Um Solo ........................ ..................................................21

5. DESCRIÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO SOLO .............. ...................................22

5.1 Prospecções do Subsolo......................... .........................................................22

5.2 Caracterização do Solo......................... ............................................................23

6. TIPOS DE FUNDAÇÕES......................................................................................25

6.1 Fundações Diretas .............................. ..............................................................26

6.2 Fundações Indiretas ............................ .............................................................26

6.3 Fundações em Estaca............................ ...........................................................26

6.4 Estaca Escavada ................................ ...............................................................27

7. ESTUDO EXPERIMENTAL – PROVA DE CARGA............ ..................................31

7.1 Métodos de Capacidade de Carga em Estacas ...... ........................................31

7.1.1 Equipamentos................................. .........................................................32

7.1.2 Caracterização............................... ..........................................................33

7.1.3 Execução ..................................... ............................................................33

7.1.4 Resultados................................... ............................................................34

7.2 Método de Prova de Carga ....................... ........................................................34

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7.3 Métodos Semi-empíricos......................... .........................................................35

7.3.1 Método Aoki e Velloso ........................ ....................................................37

7.3.2 Método de Décourt e Quaresma ................. ...........................................39

8. DESCRIÇÃO E REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS DE CAMPO ..... ..........................42

8.1 Etapas Anteriores da Realização dos Ensaios de Campo.............................42

8.1.1 Definição do Local ........................... .......................................................42

8.1.2 Programação e Realização da Sondagem de SPT .. .............................43

8.1.3 Ensaio de Granulometria do Solo.............. ............................................43

8.1.4 Preparação da Armadura....................... .................................................44

8.1.5 Perfuração das Estacas....................... ...................................................45

8.1.6 Execução da Concretagem ...................... ..............................................46

8.1.7 Cálculo da Capacidade de Carga das Estacas ... ..................................47

8.1.7.1 Método Aoki e Veloso ....................... ...............................................48

8.1.7.2 Método Décourt e Quaresma.................. .........................................50

8.1.7.3 Resultados dos Cálculos .................... .............................................51

8.1.7.4 Comparativo da capacidade de carga calculad a de ruptura das

estacas ............................................ ..............................................................52

8.1.7.5 Comparativo da capacidade de carga calculad a de serviço das

estacas ............................................ ..............................................................52

8.2 Descrição dos Ensaios de Campo................. ..................................................53

9. RESULTADOS OBTIDOS COM ENSAIOS.................. ........................................55

9.1 Tabulação dos Resultados ....................... ........................................................55

9.1.1 Resultados Obtidos nos Ensaios ............... ...........................................55

9.1.2 Resultados Obtidos Após a Correção........... ........................................55

9.2 Análise dos Resultados ......................... ...........................................................56

9.2.1 Comparação das Cargas de Ruptura das Estacas Calculadas e

Ensaiadas .......................................... ...............................................................56

9.2.2 Comparação das Cargas de Serviço das Estacas Calculadas e

Ensaiadas .......................................... ...............................................................57

9.3 Discussão dos Resultados e Procedimentos ....... ..........................................57

9.3.1 Comparação das Cargas de Serviço das Estacas Calculadas e

Ensaiadas .......................................... ...............................................................58

10. CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES PARA FUTURAS P ESQUISAS ..59

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10.1 Considerações Finais .......................... ...........................................................59

10.2 Sugestões Para Futuras Pesquisas.............. .................................................60

11. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................... ..............................................61

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1. INTRODUÇÃO

A partir da segunda guerra mundial, houve uma ampliação dos

recursos para resolver problemas relacionados à Mecânica dos Solos e Fundações

através de inúmeras informações e experiências, que permitiram comparações e

aferições das previsões teóricas e do comportamento real do solo.

Ao lidar com materiais como solos só é possível obter resultados

satisfatórios, caso as decisões sejam tomadas com base em estudos criteriosos,

obtidos através de análise minuciosa das condições geológicas bem como dos

ensaios laboratoriais, considerando ainda os possíveis erros e desvios no decorrer

das análises além das dispersões que se apresentam.

Com o desenvolvimento tecnológico na área da Engenharia Civil, no

que diz respeito aos equipamentos, materiais, software e outros, torna-se cada vez

mais necessário o aprimoramento dos processos construtivos, os quais tornaram os

empreendimentos mais econômicos, possibilitando uma resposta à altura dos

avanços tecnológicos. Assim sendo, ao se realizar um trabalho como este procura-

se contribuir para a racionalização deste processo.

O presente trabalho permitirá avaliar o comportamento do solo em

relação às estacas escavadas na região da Tríplice Fronteira e compará-los aos

métodos teóricos mais difundidos no Brasil.

A fim de prever a capacidade de carga para este tipo de fundação, o

presente trabalho, utilizará dos métodos estáticos semi-empíricos e da prova de

carga. Será descritos as atividades e procedimentos utilizados, bem como os

resultados teóricos e os valores dos ensaios de campo.

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2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo Geral

Avaliar o comportamento do conjunto solo/estaca, quanto a

resistência por atrito lateral, em relação à prova de cargas em estacas escavadas na

região da Tríplice Fronteira, comparando os resultados obtidos com os métodos

muitos difundidos no Brasil: Aoki e Velloso, Décourt e Quaresma.

2.2 Objetivos Específicos

• Aprofundar conhecimentos teóricos adquiridos no decorrer do curso no que se

refere à caracterização do solo;

• Aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo do curso no que diz respeito a

fundações, mais especificamente em estacas escavadas;

• Constatar o comportamento do conjunto a ser estudado (solo/estaca) no

decorrer da realização dos ensaios.

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3. JUSTIFICATIVA

O uso crescente da estacas escavadas em substituição as estacas

manuais e as fundações diretas do tipo sapatas isoladas, implica na necessidade de

subsidiar os profissionais da área de fundações com maiores informações sobre o

seu comportamento.

A estaca escavada é uma das fundações mais executadas na região

da Tríplice Fronteira e por não haver na região um estudo que permita verificar a sua

capacidade de carga em serviço e compará-la aos resultados obtidos através dos

métodos teóricos.

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4. CONSIDERAÇÕES BÁSICAS DOS SOLOS

Ao se projetar uma obra de engenharia Civil, é necessário que se

conheça a qualidade, bem como o comportamento do solo. Para tanto se necessita

lançar mão dos estudos realizados pelo ramo da engenharia chamada de

Engenharia Geotécnica (PINTO, 2002).

Conforme FALCONI (1998) além dos fatores já considerados por

Pinto 2002, na fase de projeto do empreendimento é necessário conhecer o subsolo

e as águas subterrâneas, bem como os transtornos que as águas superficiais podem

trazer ao canteiro de obra. Na etapa de execução de fundações, uma pequena

economia pode causar grandes prejuízos no futuro.

A formação do solo se deu a milhões de anos, através da

decomposição das rochas presentes na crosta terrestre. Esta decomposição se dá

por meio da ação de agentes físicos, químicos e biológicos na rocha. A quantidade

de cada tipo de partícula é que possibilita a formação do solo com uma determinada

característica a qual está diretamente relacionada com a composição química da

rocha que lhe deu origem (PINTO, 2002).

O solo é constituído por partículas sólidas, água e ar, as quais

interferem diretamente em seu comportamento.

Para implantação de qualquer projeto de engenharia, necessitam-se

fazer num primeiro momento, o reconhecimento do solo, para fins de identificação,

avaliações do seu estado, e caso necessário a realizações de ensaios, para

conclusões mais precisas (PINTO, 2002).

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Os estudos dos solos permitirão sua classificação que é de

fundamental importância para implantação de um projeto de Engenharia. O solo

pode ser classificado como:

a) Classificação Unificada;

b) Sistema Rodoviário de Classificação;

c) Classificações Regionais;

d) Classificação dos solos pela sua origem;

e) Solos orgânicos;

f) Solos Lateríticos.

Dentre as classificações acima se destaca a classificação de Solos

Lateríticos. Sendo esta uma proposta de classificação de solos tropicais que vem

sendo desenvolvida pelo Prof. Job S. Nogami, da Escola Politécnica da USP. Nesta

classificação não se emprega os índices de consistências, mas parâmetros obtidos

em ensaios de compactações com energias diferentes (PINTO, 2002), APUD, LIMA,

2007.

Os solos lateríticos têm sua fração de argila constituída predominantemente de

minerais cauliníticos e apresentam elevada concentração de ferro e alumínio na forma

de óxidos e hidróxidos, donde sua peculiar coloração avermelhada. Estes sais de

encontram, geralmente, recobrindo agregações de partículas argilosas.

Os solos lateríticos apresentam-se, na natureza, geralmente não-saurados, com

índice de vazios elevado, daí sua pequena capacidade de suporte. Quando

compactados, entretanto, sua capacidade de suporte é elevada, sendo por isto muito

empregado em pavimentação e em aterros.

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4.1 Formação dos Solos

A formação dos solos é resultado do intemperismo ou meteorização

das rochas, as quais se desintegram por ação mecânica ou decomposição química

através de agentes como água, temperatura, vegetação e vento.

A decomposição química se dá através do processo em que ocorre

a modificação química ou mineralógica das rochas de origem. Tais processos

ocorrem de forma simultânea considerando as condições climáticas podendo ser

predominante sobre o outro. Portanto o solo é uma função da rocha-mater e dos

diferentes agentes de alteração.

Pedologia é uma ciência que tem por finalidade o estudo das

camadas superficiais da crosta terrestre, particularmente a sua formação e

classificação.

Segundo a pedologia, a formação do solo é função da rocha de

origem, da ação dos organismos vivos, do clima, da fisiografia e do tempo

(CAPUTO, 2003).

4.2 Propriedades das Partículas Sólidas dos Solos

a) Natureza das Partículas

Basicamento o solo é constituído por minerais, podendo conter matéria orgânica. As

frações grossas são predominantes de grãos silicosos, por outro lado os minerais

que ocorrem nas frações argilosas pertencem aos três grupos principais caolinita,

montmorilonita e ilita.

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b) Peso Específico das Partículas

O peso específico das partículas de um solo é por definição ү = Ps / Vs, ou seja, o

peso da partícula sólida por unidade de volume.

c) Forma das Partículas

As formas das partículas dos solos influenciam suas propriedades. Suas formas

principais são: partículas arredondadas; na forma de poliedros o que predominam

nos pedregulhos, areias e siltes; laminares na forma de lâminas ou escamas,

presente nas argilas, respondendo pela compressibilidade e plasticidade, sendo esta

última uma das características mais importante e por último fibrilare, característica

dos solos turfosos.

d) Granulometria

Considerando determinados limites as dimensões das partículas recebem

designação própria pelas quais são conhecidas de frações convencionais. Tendo em

vista uma escala, estas frações são: pedregulho, cujos diâmetros estão entre 76 e

4,8 mm; areia, entre 4,8 e 0,05 mm; silte, entre 0,05 e 0,005 mm e argila, inferiores a

0,005 mm. Podemos distinguir diferentes tipos de granulometria, como: contínua –

bem graduada: possuindo uma variação do maior ao menor; descontínua – aberta:

possuindo intervalos de tamanho inexistente e uniforme: possuem grãos que não

variam em tamanho (CAPUTO, 2003).

4.3 Índices Físicos dos Solos

Num solo, só parte do total do volume é ocupada pelas partes

sólidas o restante, ou seja, a parte de vazios é ocupada pela água e o ar.

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4.3.1 Elementos Constituintes dos Solos

O solo é constituído de um conjunto de partículas sólidas, ficando

entre si vazios que poderão estar preenchidos parcialmente ou totalmente pela

água. Geralmente está formado por três fases; sólida, líquida e gasosa.

Considerando a dificuldade de separar os diferentes estados da

água no solo, é de fundamental importância estabelecer a diferença entre os

mesmos:

- água de constituição: faz parte da estrutura molecular da parte sólida;

- água adesiva: é a película que envolve e adere à partícula sólida;

- água livre: é aquela que preenchem todos os vazios do solo numa determinada

zona do terreno;

- água higroscópica: aquela que se encontra em um solo seco ao ar livre;

- água capilar: aquela que nos grãos finos sobe pelos interstícios capilares deixados

pelas partículas sólidas.

As águas livres, higroscópicas e capilares são as que podem ser

totalmente evaporadas a uma temperatura maior que 100ºC.

Os índices desempenham um papel de fundamental importância no

estudo das propriedades dos solos, por serem dependentes dos seus constituintes,

bem como das proporções entre eles, assim como da interação de uma fase sobre

as outras (CAPUTO, 2003).

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4.3.2 Teor de Umidade do Solo

Umidade de um solo é a razão entre o peso da água nele contida e o

peso da parte sólida do solo, considerando um mesmo volume. Expressa em

porcentagem.

h% = Pa / Ps x 100

Sua determinação é muito simples: basta determinar o peso da

amostra no seu estado natural e o peso após completa secagem em uma estufa a

105ºC ou 110ºC. O seu valor varia entre limites muito afastados.

4.3.3 Peso Específico Aparente e Massa Específica A parente do Solo

O peso específico aparente de uma amostra de solo é determinado

pela razão entre o peso total da amostra e seu volume.

Ү = Pt / Vt

A massa específica aparente de uma amostra é obtida pela razão

entre sua massa total e seu volume.

4.3.4 Índice de Vazios

É a razão entre o volume de vazios Vv e o volume de sólidos Vs da

parte sólida de um solo

Є = Vv / Vs

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Este índice foi introduzido por Terzaghi ao estudar o “fenômeno de

adensamento do solo”, pois a variação de Є, indicando uma variação de volume, só

depende de uma variável Vv, uma vez que Vs não varia, ou varia pouco, durante o

fenômeno.

4.3.5 Grau de Compacidade

O estado natural de um solo não coesivo (areia e pedregulho)

define-se pelo chamado grau de compacidade, compacidade relativa ou densidade

relativa (Dr):

GC = Єmáx - Єnat Єmáx – Єmín

4.3.6 Porosidade de Um Solo

É a razão entre o volume de vazios e o volume total de uma amostra

do solo:

n% = Vv / Vt x 100

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5. DESCRIÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DO SOLO

5.1 Prospecções do Subsolo

Para identificar as características do solo, é necessário o

reconhecimento do mesmo, a fim de estudá-lo e propor a melhor alternativa para

execução da fundação. Para tanto se torna imprescindível à realização de

sondagens, a qual está dividida em várias etapas (PINTO, 2002):

• Sondagem de Simples reconhecimento;

• Perfuração acima do nível d’água;

• Determinação do nível d’água;

• Perfuração abaixo do nível d’água;

• Resistência à penetração – STP.

Ao planejar a implantação de um empreendimento na área da

construção civil é de fundamental importância que se realize uma programação de

sondagens de simples reconhecimento, conforme a NBR 8036/83, a qual determina

a quantidade de sondagens necessárias para cada área.

Conforme NBR 6484/01, a qual prescreve o método e os

procedimentos de execução de Sondagens de Simples Reconhecimento, prevendo

todas as etapas de perfuração com STP (Índices de Resistência à Penetração ),

tendo como finalidades, para aplicação na área de Engenharia Civil, as quais são:

a) determinação dos tipos de solo, bem como as profundidades de sua ocorrência;

b) posição do nível d’água;

c) índices de resistência à penetração N a cada metro.

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5.2 Caracterização do Solo

No Brasil, o Sistema Rodoviário é utilizado pela engenharia

rodoviária, sendo que o Sistema Unificado é preferido pelos engenheiros

barrageiros. Já os engenheiros que trabalham com fundações não utilizam nenhum

destas classificações. De modo geral eles seguem uma maneira informal de

classificação dos solos bem regional, que pode ter tido origem nestes sistemas de

classificação.

As discrepâncias observadas entre as classificações clássicas e o

comportamento de alguns solos nacionais devem-se, em grande parte ao fato deste

serem solos residuais ou lateríticos, para os quais os índices de consistência não

podem ser interpretados da mesma forma que são os solos transportados que

ocorrem em países de clima temperado, onde os sistemas foram elaborados

(PINTO, 2002).

A Plasticidade e Consistência são fatores que contribuem na

caracterização dos solos. Para caracterizá-los, não basta somente identificar sua

granulometria uma vez que suas propriedades dependem do teor de umidade, além

da forma das partículas, bem como da composição química e mineralógica. A

plasticidade pode ser definida como uma propriedade do solo, que consiste na maior

ou menor capacidade de serem moldados, podendo variar o teor de umidade, mas

não o seu volume.

O solo pode ser encontrado em quatro estados: líquido, plástico,

semi-sólido e sólido, existindo, porém, os limites entre os referidos estados: Limite

de Liquidez (LL), entre os estados líquido e plástico; Limite de Plasticidade (LP),

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entre os estados plástico e semi-sólido; Limite de Contração (LC), entre os estados

semi-sólido e sólido.

A determinação do: Limite de Liquidez é realizado pelo aparelho de

Casagrande acompanhado dos dois cinzéis sendo um para solos argilosos e o outro

para solos arenosos; o Limite de Plasticidade é determinado pelo cálculo da

porcentagem de umidade que o solo começa a fraturar quando se tenta moldar, com

ele, um filete de 3 mm de diâmetro com cerca de 10 cm de comprimento; o Limite de

Contração é determinado pelo teor de umidade a partir do qual o solo não mais se

contrai, porém continua perdendo peso (CAPUTO, 2003).

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6. TIPOS DE FUNDAÇÕES

Os principais tipos de fundações podem ser identificados em dois

grandes grupos que são: Fundações superficiais e Fundações profundas.

A determinação do tipo de fundação de um empreendimento deve

satisfazer às condições técnicas e econômicas da obra em estudo. Portanto devem-

se conhecer as seguintes particularidades (ALONSO, 1983):

- proximidades com edificações existentes, tipos de fundação bem como o estado de

conservação;

- natureza e características do solo local;

- grandeza das cargas, as quais os elementos de fundação serão submetidos;

- limitação dos tipos de fundações existentes.

A escolha do tipo de fundação mais apropriado se dá por eliminação,

escolhendo entre os existentes, aqueles que satisfaçam tecnicamente ao caso em

questão. Em seguida fazer um comparativo de custos, visando a escolher o mais

econômico. Para tanto se necessita de investigações de campo bem como de

laboratório (ALONSO, 1983).

Conforme FALCONI (1998), na concepção de um projeto de

fundação é necessário considerar alguns elementos, são eles: levantamentos

topográficos, geológicos, geotécnicos, características da estrutura a construir,

informações sobre construções vizinhas. É prudente a visita do projetista no local do

empreendimento. Após a análise de todos os elementos e da visita do projetista será

possível decidir sobre a melhor solução para o projeto de fundação, fazendo a

escolha com base em: menor custo e menor prazo de execução.

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6.1 Fundações Diretas

Conforme CAPUTO (2003), fundações superficiais são elementos de

fundações que transmitem as cargas ao solo predominantemente pelas pressões

distribuídas sob a base da fundação, sendo que seu atrito ocorre na ponta dos

elementos. Incluem-se neste tipo de fundação: sapatas, blocos, radier, sapatas

associadas, vigas de fundações e sapatas corridas.

6.2 Fundações Indiretas

Fundações profundas elementos de fundação que transmite as

cargas ao solo pela base (resistência de ponta), pela superfície lateral ou pela

combinação das duas, exemplos de fundações: estacas, tubulões e caixões.

(CAPUTO, 2003)

6.3 Fundações em Estaca

Estaca é um tipo de fundação profunda que possui peças alongadas,

cilíndricas ou prismáticas, que se cravam ou se confeccionam no solo, podendo ser

utilizadas para transmissão de cargas às camadas profundas do solo, bem como

contenção e empuxos de terra ou de água. Estacas para transmissão de cargas ao

solo são preparadas para suportar esforços axiais de compressão, resistindo estes

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esforços, seja pelo atrito lateral, ou seja, pelas reações exercidas pelo solo sobre a

ponta. A estaca pode ser constituída de madeira, aço e concreto.

Dentre os vários modelos de estaca podemos citar: pré-moldadas, mega, moldadas

“in situ”, mistas, frank, straus, escavada e etc. (CAPUTO, 2003).

Conforme AVIZ (2006), fundações em estaca são uma das alternativas mais antigas

na sustentação da estruturas, mas ao ser projetado torna-se ainda um desafio para

a engenharia geotécnica. Estacas são elementos esbeltos de grande comprimento

relativo, sendo usada quando a camada superficial do solo não é suficiente para

suportar as cargas. Sua capacidade pode ser estimada através de métodos teóricos

e semi-empíricos. Para a aplicação do método teórico necessita-se conhecer a

geometria detalhada do problema, das tensões, deformações e resistência do solo,

considerando a interface solo-estaca, enquanto que para os métodos sem-empíricos

usam-se geralmente os resultados obtidos em ensaios de campo. Os métodos semi-

empíricos são mais utilizados na prática da engenharia para cálculo da capacidade

de carga, uma vez que os métodos teóricos, com exceção de grandes projetos

possuem sua aplicação restrita tendo em vista seus altos custos. No Brasil a prática

mostra que os projetos são elaborados com freqüência com base nos resultados de

ensaio de SPT.

6.4 Estaca Escavada

Conforme DÉCOURT (1998), estacas escavadas são aquelas

executadas no local da obra, através de perfuração do solo utilizando-se de um

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processo quaisquer, pelos quais é realizada a remoção do material, com ou sem

revestimento, com ou sem fluído estabilizante.

Nessa categoria enquadram-se as estacas tipo broca, executada

manual ou mecanicamente, as do tipo Strauss, os barretes, as estações, as hélices

contínuas, as estaca injetadas entre outras.

De acordo com FALCONI (1998), as estacas escavadas

mecanicamente com trado helicoidal, de utilização mais recente, são executadas

através de torres metálicas, apoiadas em chassis metálicos ou acopladas a

caminhões. Em ambos os casos são empregados guinchos, conjunto de tração e

haste de perfuração, podendo esta ser helicoidal em toda sua extensão ou

constituída de trados com comprimento entre 2 e 6 m em sua extremidade,

prendendo-se ao avanço através de prolongamento telescópio.

Existe equipamento que perfura até a profundidade de 40 m e com

diâmetro que varia de 0,20 a 0,50 m.

As estacas são em geral solicitadas através de cargas de

compressão resistindo ao cisalhamento, gerado ao longo de seu fuste. A capacidade

de carga de uma estaca é definida pelas máximas cargas que pode ser suportada

pelo atrito lateral e pela ponta, parcela esta (de ponta) que não será considerada no

experimento.

Convencionalmente a ruptura é definida como sendo a carga

correspondente a uma deformação da ponta da estaca de 10% de seu diâmetro, no

caso de estaca de deslocamento e de estaca escavada em argila e de 30% de seu

diâmetro no caso de estaca escavada em solos granulares. É a fundação profunda

mais utilizada, portanto a mais confiável na região. Podemos citar como vantagem :

uma fundação para uma edificação com 30 estacas de 10 m pode ser executada em

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um dia; seu custo varia de R$ 4,00 a R$ 15,00, de acordo com o diâmetro (Ф 25 a Ф

50); facilidade na execução; baixo custo; rapidez e versatilidade na execução; pode

ser corrigida durante a execução (aumento do diâmetro ou da quantidade); pode ser

associada a outras fundações para reforço e recuperação de estruturas, como

desvantagem : não ultrapassa solos com matacões, alterações de rocha ou

materiais muito duros; não é apropriada para executar abaixo do nível d’agua; não é

apropriada em solos muitos moles (areias), podendo ocorrer desmoronamento e

podendo a seção durante a concretagem; não é adequada para execução em

aterros entro outros.

Figura 01: Perfuratriz sobre escavadeira Fonte: ZIRONI, (2008)

Figura 02: Perfuratriz sobre escavadeira Fonte: ZIRONI, (2008)

Conforme BELINCANTA (2004), estacas perfuradas através de

trados mecânicos do tipo helicoidal deixam à extremidade inferior da estaca solo

solto, o qual impede o contato do concreto com a parte natural do solo, portanto,

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neste tipo de estaca, a resistência de ponta deve ser desprezada. Não é adequado

para solos granulares (areia) e nem para aterros.

Há indícios de que estas estacas possuam resistências acima das

previstas pelos métodos clássicos brasileiros de previsão de cargas de ruptura,

como os de Décout-Quaresma e Aoki-Veloso. Tal fato pode-se justificar pelas

tensões passivas laterais, ocasionadas na fase de concretagem com o concreto

plástico, como também pelas irregularidades nas paredes do furo, também em

função da concretagem.

Em Maringá tem-se adotado os seguintes valores para cálculo da

capacidade de carga para estaca desse tipo.

Quadro 01: Capacidade de carga de estaca conforme o diâmetro

Diâmetro Até 10 m de profundidade De 10 a 20 m de p rofundidade

Ф 25 cm 1,00 tf/m 1,00 a 1,34 tf/m

Ф 32 cm 1,50 tf/m 1,50 a 2,00 tf/m

Ф 38 cm 2,25 tf/m 2,25 a 2,60 tf/m

Fonte: BELINCANTA, (2004)

Figura 03: Perfuratriz sobre caminhão Fonte: ZIRONI, (2008)

Figura 04: Perfuratriz sobre caminhão Fonte: ZIRONI, (2008)

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7. ESTUDO EXPERIMENTAL – PROVA DE CARGA

Apresentam-se a seguir, de maneira sucinta, a descrição dos

procedimentos que serão utilizadas durante a realização do trabalho:

• Realização da sondagem através do SPT (Índice de Resistência à

Penetração);

• Caracterização do solo, identificando os parâmetros que serão

considerados na realização dos ensaios;

• Submeter as estacas à prova de carga, através do sistema de reação à

compressão por meio de estaca de reação;

7.1 Métodos de Capacidade de Carga em Estacas

São dois os tipos de métodos normalmente utilizados para definir a

capacidade de carga de ruptura de estacas: métodos baseados em prova de carga e

métodos semi-empíricos.

A capacidade de carga de uma estaca escavada pose ser avaliada

através de dois métodos: primeira através de critérios técnicos e segundo através de

critérios semi-empíricos. No primeiro caso a realização dos ensaios e executado

com base em normas técnicas e no segundo sem embasamento em normalização

(ALONSO, 1983)

Atualmente, os métodos de cálculo de capacidade de carga de

estacas mais utilizados e difundidos no Brasil são os de AOKI e VELLOSO (1975) e

DÉCOURT e QUARESMA (1978). Esse último, baseado nos índices de resistência a

penetração N do ensaio de SPT.

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Conforme NBR 12131, para realização de ensaios são necessários

cumprir diversas etapas e procedimentos conforme a seguir:

7.1.1 Equipamentos

Os dispositivos de aplicação de carga constituída por um ou mais

macacos hidráulicos alimentados por bombas elétricas ou manuais, que atuam

contra o sistema de reação, podendo este ser:

a) Plataforma carregada, conforme figura 01;

b) Estrutura fixada ao terreno através de estacas ou tirantes, conforme figura 02 e

03, respectivamente.

Figura 05: Reação plataforma carregada Figura 06: Reação através estacas

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Figura 07: Reações através tirantes

7.1.2 Caracterização

A estaca a ser ensaiada deverá ser previamente documentada,

contendo sua geometria, métodos de execução, propriedades dos materiais,

escavação, dados da sondagem, profundidade da estaca, resistência características

do concreto, armadura e etc.,

7.1.3 Execução

A execução da prova de carga pode ser realizada com carregamento

lento ou rápido, sendo a deformação de cada um deve ser interpretado

considerando o carregamento recebido.

O carregamento é realizado respeitando estágios iguais e

sucessivos, quando devem ser feitas as leituras antes e depois de cada estágio;

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7.1.4 Resultados

Os resultados devem ser apresentados em relatório detalhado

contendo: descrição dos ensaios, tipo e característica da estaca, dados da

instalação da estaca, referências, dispositivos de aplicação de carga e

instrumentação, relato de ocorrências no decorrer do ensaio, tabela de leitura nos

diversos estágios e curva carga x deslocamento.

7.2 Método de Prova de Carga

Referente a realização de prova de carga de carga em estaca, esta

é mais utilizada em situações de verificação in loco, posteriormente à execução do

estaqueamento, ou, em casos mais especiais, em elemento de referência (modelo)

executado previamente para construção da capacidade ‘real’ da estaca e

fundamentação do projeto geotécnico final, sob bases mais reais e precisas.

De acordo com recomendações da Norma NBR 6122, deve-se

adotar para carga admissível, a partir deste método, o menor dos seguintes valores:

a) Qu = Qr / 2,0

b) Qu = Q’ / 1,5

onde:

Qu → carga admissível da estaca

Qr → carga de ruptura da estaca

Q’ → carga que produz o recalque admissível para a estrutura (medido

no topo da estaca) (GIUGLIANI, 2006)

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7.3 Métodos Semi-empíricos

São inúmeros autores que formulam e desenvolvem teorias para a

determinação de capacidade de carga em estaca. Em praticamente todos estes

métodos, cujas bases de comprovação sempre ficam identificadas com seus

modelos e as regiões geográficas onde foram avaliados, a partir de testes de campo,

a capacidade de carga de uma estaca é obtida a partir da seguinte expressão geral:

Qu = Qs + Qp

onde:

Qu → capacidade de carga de ruptura do elemento de fundação;

Qs → carga suportada pelo atrito lateral da estaca com o solo;

Qp → carga suportada pela ponta da estaca.

e ainda:

Qu = Qs + Qp Qu = qs.As + qp.Ap

Qu = qs.U.∑∆L + qp.Ap

onde:

qs → resistência limite de cisalhamento ao longo do fuste da estaca;

As → área lateral do fuste da estaca;

U → perímetro do fuste da estaca;

∑∆L → somatória de trechos do fuste da estaca (L=∑∆L→comprimento da estaca)

qp → resistência de ponta da estaca

Ap → área da ponta da estaca.

Os valores das resistências qs e qp podem ser avaliados e obtidos a

partir de:

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- Processos diretos: onde qs e qp são obtidos a partir de correlações empíricas

oriundas de ensaios in loco;

- Processos indiretos: onde os dados de avaliação são obtidos a partir de ensaios in

loco ou em laboratório e a capacidade de carga é determinada a partir de

formulação teórica ou experimental.

A estimativa da capacidade de carga de estacas a partir de modelos

teóricos normalmente torna-se deficiente, não resultando em valores satisfatórios

devido a vários fatores, dentre estes podem ser citados:

- Impossibilidade prática de conhecer, com certeza, o estado de carga do terreno e

as condições que compões o perfil geotécnico atravessado pela estaca onde esta se

apóia;

- Dificuldade de determinar com exatidão a resistência ao cisalhamento dos solos;

- Dependência dos processos executivos das estacas;

- Falta de uma relação direta entre a resistência lateral e a resistência de ponta;

- Heterogeneidade natural do solo;

- Fatores, internos e externos, que interferem na interação solo-estaca.

Neste contexto são abordados dois métodos – muito difundidos no

Brasil: o Método Aoki e Velloso (1975) – estendido por Veloso em 1991 – e o

Método de Décourt e Quaresma (1978), também aprimorado posteriormente (1982,

1987, 1991, 1993, 1994 e 1995). Ambos os métodos apresentam modelos

conceituais semelhante, divergindo basicamente na definição e estimativa das

resistências qs e qp, como será observado a seguir (GIUGLIANI, 2006).

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7.3.1 Método Aoki e Velloso

Neste método, as resistências qs e qp são definidas da seguinte

forma:

Qu = Qs + Qp

onde:

Qu → capacidade de carga de ruptura do elemento de fundação;

Qs → carga suportada pelo atrito lateral da estaca com o solo;

Qp → carga suportada pela ponta da estaca.

e ainda:

Qu = Qs + Qp Qu = qs.As + qp.Ap

Qu = qs.U.∑∆L + qp.Ap

onde:

qs → resistência limite de cisalhamento ao longo do fuste da estaca;

As → área lateral do fuste da estaca;

U → perímetro do fuste da estaca;

∑∆L → somatória de trechos do fuste da estaca (L=∑∆L→comprimento da

estaca)

qp → resistência de ponta da estaca

Ap → área da ponta da estaca.

onde:

K e α coeficientes que dependem do tipo de solo e que estabelecem

a correlação entre o ensaio de CPT e o SPT, indicados na Quadro 3, onde α,

especificamente, relaciona a resistência de ponta com a resistência lateral.

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Quadro 02: Valores F1 e F2 em função do tipo de est aca Tipo de Estaca F1 F2

Pré-moldadas 1,75 3,50

Metálicas 1,75 3,50

Franki 2,50 5,00

Escavadas* 3,50 7,00

* F1 e F2 de acordo com Aoki, Veloso e Salomani (1978)

Fonte: GIUGLIANI, 2006

Quadro 03: Valores de K e α em função do tipo de solo Tipo de Solo K (kN/m2) α (%)

Areia 100 1,40

Areia siltosa 80 2,00

Areia silto argilosa 70 2,40

Areia argilosa 60 3,00

Areia argilo siltosa 50 2,80

Silte arenoso 55 2,20

Silte areno argiloso 45 2,80

Silte 40 3,00

Silte argilo arenoso 25 3,00

Silte argiloso 23 3,40

Argila arenosa 35 2,40

Argila silto arenosa 33 3,00

Argila areno siltosa 30 2,80

Argila siltosa 22 4,00

Argila 20 6,00

Fonte: GIUGLIANI, 2006

A utilização deste método, em que pese sua difusão e aceitação por parte do

projetista de fundações, apresenta dificuldade para a sua correta aplicação devido à

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necessidade da perfeita caracterização do tipo de solo envolvido, o que é quase

impossível de ser obtido (GIUGLIANI, 2006).

7.3.2 Método de Décourt e Quaresma

Quando este método foi apresentado, em 1978, estava baseado nos

valores obtidos diretamente do ensaio de investigação SPT (Nspt) e a partir do

conceito de uma estaca padrão. Posteriormente, após vários aprimoramentos, foi

adequado para outros tipos de estaca e à ensaios de SPT-T, através do conceito de

Neq (Nspt equivalente).

Assim, nas expressões utilizadas para avaliação da capacidade de

carga do solo, podem ser utilizados os valores de Nspt obtidos diretamente do ensaio,

bem como os correspondentes ao ensaio SPT-T, onde considerando que o valor do

torque T (kgf.m), temos:

Neq = T / 1,20

e que a capacidade de carga da estaca é dada por:

Qu = Qp + Qs Qu = qp.Ap + qs.As

Sendo que a resistência de ruptura de ponta é dada por:

Qp = K. Nspt

onde o valor de K, definido pela Tabela 3, relaciona a resistência de ponta com o

Nspt, sendo Nspt a média entre o SPT na profundidade de ponta da estaca, o valor

imediatamente acima e o imediatamente abaixo.

O valor da resistência lateral é dado pela expressão:

Qs = 10.(Nspt /3 +1) em kN/m2

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Quadro 04: Valores de K em função do tipo de solo Tipo de Solo K (kN/m2)

Areia 400

Silte arenoso (solo residual) 250

Silte argiloso (solo residual) 200

Argila 120

Fonte: GIUGLIANI, (2006)

Este método foi posteriormente, estendido para outros tipos de

estacas também muito utilizadas e mais recentemente difundidas, não indicadas

inicialmente.

Para tanto, são considerados os parâmetros α e β a seguir

relacionados (Tabela 4). Estes valores de majoração ou de minoração,

respectivamente para a resistência de ponta e para a resistência lateral.

Neste caso a expressão geral para determinação de carga de

ruptura da estaca é dada por:

Qu = α.qp.Ap + β.qs.As

ou ainda,

Qu = α.K.Nspt p .Ap + 10.β. ∑[(Nspt s /3 = 1).As] em kN/m2

onde:

Nspt p → Nspt na ponta da estaca

Nspt s → Nspt ao logo do fuste da estaca

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Quadro 05: Valores de α e β em função do tipo de estaca e de solo Estaca

Cravada (est. padrão)

Escavada (em geral)

Escavada (c bentonita)

Hélice Contínua

Raiz Injetada (alta pressão)

Solo Α Β Α β α β Α β α β α β

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* 1,59* 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 correlação inicial foi desenvolvida * valores apenas indicativos diante do reduzido número de dados disponíveis ** solos intermediários Fonte: GIUGLIANI, (2006)

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8. DESCRIÇÃO E REALIZAÇÃO DOS ENSAIOS DE CAMPO

8.1 Etapas Anteriores da Realização dos Ensaios de Campo

8.1.1 Definição do Local

O local foi escolhido após duas tentativas frustradas, sendo uma no

pátio da UDC aos fundos e posteriormente no Jardim Central sendo que nestes

locais foram encontradas rochas aos três metros de profundidade, tornado-se

inviável a realização do trabalho.

Assim sendo, optou-se por um local de terreno mais alto e que

proporcionasse condições adequadas para a realização do trabalho acesso fácil e

que houvesse local para guarda de material, ferramental e equipamentos necessário

ao desenvolvimento dos trabalhos;

Figura 08: Local de realização

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8.1.2 Programação e Realização da Sondagem de SPT

Foi programada e realizada a execução de dois furos de sondagem

de modo a conhecer o perfil e as características básicas dos solos;

Figura 09: Realização da sondagem

8.1.3 Ensaio de Granulometria do Solo

Com a amostra de solo retirado a cada metro, quando da realização

da sondagem STP, foi possível realizar o ensaio de granulometria para se obter a

curva granulométrica;

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Figura 10: Pesando solo para ensaio Figura 11: Ensaio granulométrico

8.1.4 Preparação da Armadura

Corte e amarração de 4 (quatro) armaduras para as estacas de

reação, contendo 6 (seis) barras longitudinais com 9,00m de comprimento e 10mm

de diâmetro, estribos contínuos a cada 0,15m com 5mm de diâmetro.

Corte e amarração de 3 (três) armadura para estacas a ser

ensaiadas, contendo 6 (seis) barras longitudinais de 2,00m de comprimento e com

8mm de diâmetro, estribos contínuos a cada 0,15m, com 5mm de diâmetro;

Figura 12: Preparação de armadura Figura 13: Armadura da estação de reação

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8.1.5 Perfuração das Estacas

A perfuração das estacas se deu em duas etapas:

a) Primeiro a perfuração das estacas para reação que foram executadas pelo

equipamento de estacas STRAUS com diâmetro de 0,25m, composto de um guincho

mecânico, de no mínimo 1 t, alavanca para acionamento, freio e cabo de aço; Motor

a explosão ou elétrico, acoplado ao guincho por meio de correias; Chassi de

madeira reforçado para suportar a conjunto guincho-motor; Tripé; Torre ou cavalete

metálico com carretilha de aço no topo; Guincho manual com engrenagem própria

para redução da velocidade; Com soquete e sonda para retirada do solo;

b) Segundo as perfurações das estacas a serem ensaiadas, foram executadas por

meio de trado manual com diâmetro de 0,25m, acompanhada com haste de

prolongamento para atingir até 8 m.

Figura 14: Vista do equipamento Strauss Figura 15: Detalhe sonda do equipamento

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Figura 16: Perfuração manual da estaca

8.1.6 Execução da Concretagem

Assim como a perfuração dos buracos a concretagem também foi

realizada em duas etapas, obedecendo a conclusão de execução dos buracos das

estacas de reação, bem como das estacas a serem ensaiadas. Ambas com concreto

com a mesma característica, utilizando o Cimento ARI (Alta Resistência Inicial),

executado no local com fck de 20MPa e fator água cimento 0,5, Slump Teste médio

de 7cm e moldagem de corpo de provas tanto para as estacas de reação bem como

para as estacas a serm ensaiadas.

Figura 17: Moldagem de corpo de prova Figura 18: Slump-test do concreto

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Figura 19: Corpos de prova Figura 20: Estaca de reação concretada

Figura 21: Estacas em séries Figura 22: Estaca a ser ensaiada

8.1.7 Cálculo da Capacidade de Carga das Estacas

Os valores de SPT utilizado para definir o SPT-médio para fins de

cálculo das cargas, foram do 2º ao 7ª metro uma vez que a profundidade da estaca

iniciou-se a partir dos 0,70m da superfície do solo, conforme laudo de sondagem,

anexo.

O objetivo do trabalho foi avaliar o atrito lateral de estacas

escavadas, portanto nos cálculos abaixo a parcela referente ao atrito da ponta foi

desconsiderada.

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8.1.7.1 Método Aoki e Veloso

a) Estaca 01

- Carga admissível da estaca

P = Pl + Pp

P = Pl

Pl = U.∑∆L . α .K . NSTP

6

Pl = 0,25 . 3,14 . 6 . 0,06 . 20 . 5,67

6

P = 5,34 tf

- Carga de ruptura da estaca

Prup = P

Prup = 5,34 tf

- Carga de serviço da estaca

Pserv = Prup / 2

Pserv = 5,34 /2

Pserv = 2,67 tf

b) Estaca 02

- Carga admissível da estaca

P = Pl + Pp

P = Pl

Pl = U.∑∆L . α .K . NSTP

6

Pl = 0,25 . 3,14 . 6 . 0,06 . 20 . 6,00

6

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P = 5,65 tf

- Carga de ruptura da estaca

Prup = P

Prup = 5,65 tf

- Carga de serviço da estaca

Pserv = Prup / 2

Pserv = 5,65 / 2

Pserv = 2,83 tf

c) Estaca 03

- Carga admissível da estaca

P = Pl + Pp

P = Pl

Pl = U.∑∆L . α .K . NSTP

6

Pl = 0,25 . 3,14 . 6 . 0,06 . 20 . 6,33

6

P = 5,96 tf

- Carga de ruptura da estaca

Prup = P

Prup = 5,96 tf

- Carga de serviço da estaca

Pserv = Prup / 2

Pserv = 5,96 / 2

Pserv = 2,98 tf

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8.1.7.2 Método Décourt e Quaresma

a) Estaca 01

- Carga admissível da estaca

P = Pp + Pal

Pal = ( Nspt médio/3 + 1) x Alat

Pal = (5,67 / 3 + 1) x 3,14 x 0,25 x 6

Pal = 13,62 tf

- Carga de ruptura da estaca

Prup = Pal

Prup = 13,62 tf

-Carga de serviço da estaca

Pserv = Prup / 2

Pserv = 13,62 / 2

Pserv = 6,81 tf

b) Estaca 02

- Carga admissível da estaca

P = Pp + Pal

Pal = ( Nspt médio/3 + 1) x Alat

Pal = (6,00 / 3 + 1 ) x 3,14 x 0,25 x 6

Pal = 14,14 tf

- Carga de ruptura da estaca

Prup = Pal

Prup = 14,14 tf

- Carga de serviço da estaca

Pserv = Prup / 2

Pserv = 14,14 / 2

Pserv = 7,07 tf

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c) Estaca 03

- Carga admissível da estaca

P = Pp + Pal

Pal = ( Nspt médio/3 + 1) x Alat

Pal = (6,33 / 3 + 1 ) x 3,14 x 0,25 x 6

Pal = 14,66 tf

- Carga de ruptura da estaca

Prup = Pal

Prup = 14,66 tf

- Carga de serviço da estaca

Pserv = Prup/2

Pserv = 14,66 / 2

Pserv = 7,33 tf

8.1.7.3 Resultados dos Cálculos

Quadro 06: Cargas oriundas de cálculo

MÉTODOS DE CÁLCULO CARGA ESTACA 1 ESTACA 2 ESTACA 3

Admissível 5,3 tf 5,6 tf 6 tf

Método Aóki e Velloso Ruptura 5,3 tf 5,6 tf 6 tf

Serviço 2,7 tf 2,8 tf 3 tf

Admissível 13,6 tf 14,1 tf 14,7 tf

Método Décourt e Quaresma Ruptura 13,6 tf 14,1 tf 14,7 tf

Serviço 6,8 tf 7,1 tf 7,3 tf

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8.1.7.4 Comparativo da capacidade de carga calculad a de ruptura das estacas

5,3

13,6

5,7

14,1

6,0

14,7

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

Estaca 1 Estaca 2 Estaca 3

Método Aóki e Velloso Método Décourt e Quaresma

8.1.7.5 Comparativo da capacidade de carga calculad a de serviço das estacas

2,7

6,8

2,8

7,1

3,0

7,3

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

Estaca 1 Estaca 2 Estaca 3

Método Aóki e Velloso Método Décourt e Quaresma

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8.2 Descrição dos Ensaios de Campo

Foram realizadas provas de carga três estacas escavadas com

6,00m de profundidade e 0,25m de diâmetro, com armadura de 2,00m na parte

superior, composta de 6 (seis) barras longitudinais de 8mm de diâmetro e estribo

contínuo de diâmetro de 5mm a cada 0,15m. Estes ensaios foram realizados no

mesmo dia.

As estacas que foram ensaiadas com um sistema de reação

composto de duas estacas laterais com profundidade de 9,00m e diâmetro 0,25m,

com tirante na parte superior da estaca, mais uma viga metálica. Sendo estas,

estacas composta de armadura longitudinal de 6 barras de 10mm de diâmetro e

estribo contínuo de diâmetro de 5mm a cada 0,15m em toda sua extensão.

A execução dos furos e da concretagem se deu em dois momentos

distintos. Primeiro a perfuração e concretagem das estacas de reação em seguida a

s das estacas a serem ensaiadas

Após a cura do concreto, procedeu-se a preparação da superfície

da estaca a ser ensaiada para a instalação do macaco hidráulico. Preparação da

haste que permitirá verificar o recalque da estaca através de um relógio

comparador. Instalação da viga metálica , a qual permitirá que o macaco hidráulico

fique confinado entre esta e o topo da estaca permitindo desta forma que a esta seja

submetida à carga.

A partir deste momento iniciam-se de fato os ensaios, o qual será

acompanhado a cada instante de tal forma que se registre a carga e o conseqüente

deslocamento quando houver acompanhando e anotando o comportamento do

sistema.

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Figura 23: Macaco hidráulico Figura 24: Estaca sendo ensaiada

Figura 25: Relógio comparador Figura 26: Detalhe da estaca recalcada

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9. RESULTADOS OBTIDOS COM ENSAIOS

9.1 Tabulação dos Resultados

Trata-se de informações obtidas em ensaios de campo através de

leituras realizadas em um manômetro instalado junto ao macaco hidráulico,

relacionando estes com a deformação da estaca obtida junto ao relógio comparador.

9.1.1 Resultados Obtidos nos Ensaios

Quadro 07: Cargas em as estacas foram submetidas ve rsos deformação

ESTACA CARGA EM QUE AS ESTACAS FORAM SUBMETIDAS (TF)

14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28

01 (Def. em mm) 1 1 2 10 15 22 29 35

02 (Def. em mm) 1 2 2 4 15 27 40

03 (Def. em mm) 1 1 2 2 3 4 15 30 45

Conforme TERZAGHI é admitido um recalque igual a 10% do

diâmetro, neste caso valores acima de 01 polegada, a partir deste valor à estrutura

não absorveria as deformações gerando fissuração intensa.

9.1.2 Resultados Obtidos Após a Correção

Tendo em vista que a execução da prova de carga foi executada

com carregamento rápido, há necessidade de submeter os resultados das mesmas a

um coeficiente de redução na ordem de 15%. Valor aplicado para correção em

corpos de prova de concreto ensaiados à compressão simples.

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Conforme NBR 6122/96 o coeficiente de segurança para cargas

ensaiadas poderá ser de no mínimo 1,5, assim sendo conforme ensaios realizados

as cargas de ruptura e de serviço das estacas estudadas, será conforme quadro

abaixo:

Quadro 08: Cargas de ruptura e de serviço ensaiadas

CARGA

Ensaiada Corrigida Ensaiada Corrigida Ensaiada Corrigida

Admissível 24,8 21,1 24,0 20,4 26,0 22,1

Ruptura 24,8 21,1 24,0 20,4 26,0 22,1

Serviço 16,5 14,1 16,0 13,6 17,3 14,7

ESTACA 1 ESTACA 2 ESTACA 3

9.2 Análise dos Resultados

9.2.1 Comparação das Cargas de Ruptura das Estacas Calculadas e Ensaiadas

5,3

13,6

21,1

5,7

14,1

20,4

6,0

14,7

22,1

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

Estaca 1 Estaca 2 Estaca 3

Método Aóki e Velloso Método Décourt e Quaresma Ensaiadas

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9.2.2 Comparação das Cargas de Serviço das Estacas Calculadas e Ensaiadas

2,7

6,8

14,1

2,8

7,1

13,6

3,0

7,3

14,7

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

Estaca 1 Estaca 2 Estaca 3

Método Aóki e Velloso Método Décourt e Quaresma Ensaiadas

9.3 Discussão dos Resultados e Procedimentos

Antes da realização dos ensaios de campo havia uma expectativa

quantos aos resultados que seriam obtidos. Sabia-se que os valores seriam

superiores aos teóricos, porém sem uma noção aproximada dos valores.

Os resultados confirmaram as expectativas ficando em média 100%

maiores que os valores obtidos pelo Método Décourt e Quaresma e 400% maiores

que os valores obtidos pelo Método Aoki e Velloso.

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9.3.1 Comparação das Cargas Médias de Cálculo e Ens aiadas

2,8

7,1

14,1

0,02,04,06,08,0

10,012,014,016,0

Média

Método Aóki Método Décourt Ensaiadas

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10. CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES PARA FUTURAS P ESQUISAS

10.1 Considerações Finais

Por ser este um dos primeiros estudos experimentais de fundações

com prova de cargas em solos da região, foram encontradas dificuldades no seu

desenvolvimento. Dificuldades estas, como: avaria no equipamento de estaca

Strauss, no macaco hidráulico (com capacidade para 20 toneladas) com o qual não

foi possível realizar os ensaios, bem como ocorrência de falhas na execução,

ficando a superfície superior da estaca abaixo do nível do solo, dificultando a

realização dos ensaios (leitura no relógio comparador), porém com dedicação e

empenho dos envolvidos foi possível ultrapassa-las.

Com o presente trabalho constatou-se que os métodos semi-

empíricos, apesar de serem largamente utilizados no Brasil, são, no entanto, muito

conservadores, uma vez que os resultados obtidos no decorrer dos ensaios foram

muito superiores as cargas obtidas através dos cálculos, sendo cerca de 400% e

100%, superiores aos realizadas pelos Métodos de Aoki e Velloso e Décourt e

Quaresma, respectivamente.

Os dados fornecidos pelo presente experimento poderão contribuir

aumentando os conhecimentos dos profissionais da área de fundações.

O conhecimento adquirido neste período melhorará

excepcionalmente a visão e a capacitação técnica dos envolvidos, bem como abrirá

novos caminhos para futuras pesquisas em fundações profundas nos solos da

região.

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10.2 Sugestões Para Futuras Pesquisas

a) Pesquisar estacas escavadas no que diz respeito resistência por atrito lateral

variando profundidade, bem como diâmetro;

a) Pesquisar estacas escavadas considerando atrito lateral e de ponta, inclusive

dando tratamento especial a ponta (base alargada, apiloada, bucha strauss e

outros).

b) Utilizar o ensaio de torquimetria para obter o atrito lateral e compara-lo com

os demais resultados.

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11. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e

execução de fundações: Procedimento. Rio de Janeiro, 1996.

2. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 6484: Sondagens

de simples reconhecimento com SPT – Método e ensaio: Procedimento. Rio de

Janeiro, 2001.

3. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6502: Rochas e

solos: Terminologia. Rio de Janeiro, 1995.

4. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8036: Programação

de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios:

Procedimentos. Rio de Janeiro, 1983.

5. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 12131: Estacas -

Prova de carga estática: Procedimentos. Rio de Janeiro, 1992.

6. ALONZO, Urbano Rodriguez. Dimensionamento de Fundações Profundas.

São Paulo. Edgard Blücher Ltda. 1989.

7. ALONZO, Urbano Rodriguez. Exercícios de Fundações. São Paulo. Edgard

Blücher Ltda. 1983.

8. ALONZO, Urbano Rodriguez. Previsão e Controle das Fundações. São Paulo.

Edgard Blücher Ltda. 1991.

9. AVIZ, Luciana Barros de Miranda. Estimativa de Capacidade de Carga de

Estaca Por Método Semi-empíricos e Teóricos. 2006.

10. BELINCANTA, Antonio. Uma abordagem Geral Sobre Fundações Profundas

de Uso Corrente na Região de Maringá. 2004

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62

11. BRANCO, Carlos José da Costa. Prova de Carga Dinâmica em Estacas

Escavadas de Pequeno Diâmetro com Posta Modificada. 2002.

12. CAPUTO, Homero Pinto. Mecânica dos solos e suas aplicações. 6ª ed. Rio de

Janeiro. Livros Técnicos e Científicos Editora S/A. 2003.

13. GIUGLIANI, Eduardo. FUNDAÇÕES PROFUNDAS – Estimativa de

Capacidade de Carga Admissível. 2006.

14. PINI. Fundações – Teoria e Prática. 2ª ed. São Paulo. Pini Ltda. 1998.

15. PINTO, Carlos de Souza. Curso Básico de Mecânica dos Solos. 2ª ed. São

Paulo. Oficina de Textos. 2002.