7 Fundacoes Profundas Carga Admissivel

5/21/2018 7 Fundacoes Profundas Carga Admissivel

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Fundaes Profundas Carga Admissvel

A determinao da carga admissvel compreende dois aspectos:

- Estrutural - segurana runa do elemento estrutural

- Geotcnico - segurana ruptura ao cisalhamento do solo

(capacidade de carga)

- recalques aceitveis

Estrutural A seguir so apresentados os tipos mais comuns deestacas e suas respectivas cargas nominais usuais (cargas admissveisconsiderando apenas o aspecto estrutural), em funo da seo

transversal do fuste e da tenso mdia do fuste ().

Estacas Pr-moldadas de Concreto(Velloso & Lopes, 1996)

Tipo de estaca Dimenso (cm) Carga nominal (kN)

Pr-moldada vibrada quadrada= 6,0 a 9,0 MPa

20 x 2025 x 2530 x 3035 x 35

250400550800

Pr-moldada vibrada circular= 9,0 a 11,0 MPa

222933

300500700

Pr-moldada protendida cicular

= 10,0 a 14,0 MPa

2025

33

250500

700

Pr-moldada centrifugada= 9,0 a 11,0 MPa

2023263338425060

70

250300400600750900

1.3001.7002.300


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Estacas de Ao(Velloso & Lopes, 1996)

Tipo de perfil Tipo/Dimenso Carga nominal (kN)

Trilho usado 80,00 MPa

TR 25

TR 32TR 37TR 45TR 50

2 TR 322 TR 373 TR 323 TR 37

200

250300350400500600750900

Perfis I e H

80,0 MPa(correto: descontar 1,5 mm paracorroso e aplicar= 120,0 MPa)

H 6I 8

I 10I 12

2 I 102 I 12

400300

400600800

1.200

Estacas de Madeira(Alonso, 1996b)

Madeira Dimenso (cm) Carga nominal (kN)

= 4,0 MPa

2025303540

150200300400500

Estacas de madeira os valores da tabela so apenas uma ordem degrandeza, pois a carga nominal depende do tipo de madeira NBR 6122 eNBR 7190.


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Estacas Escavadas


Broca

= 3,0 MPa2025

100150

Strauss= 4,0 MPa

2532384245

200300450550650

Escavada com trado espiral (sem

lama)= 4,0 MPa

2530

35404550

200300

400500650800

Estaco(escavada com lama bentontica)

= 4,0 MPa

6080

100120140160

180200

1.1002.0003.0004.5006.0008.000

10.00012.500

Estaca-diafragmaou barrete

= 4,0 MPa

40 x 25050 x 25060 x 25080 x 250100 x 250120 x 250

4.0005.0006.0008.00010.00012.000


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Outros Tipos de Estacas


Apiloada

= 4,0 MPa2025

100200

Franki= 6,0 MPa

3540455260

600750950

1.3001.700

Raiz

= 8,0 MPaa 22,0 MPa

1012

15202531

100-150100-250

150-350250-600400-800

600-1.050

Hlice contnua= 4,0 MPa a 5,0 MPa

27,53540506070

8090

100

250-300400-500500-650

800-1.0001.100-1.4001.550-1.900

2.000-2.5002.550-3.2003.150-3.900

Volume de Base usual em Estacas FrankiDimetro do tubo

(cm)Volume de base

V (m3)

3540455260

0,180,270,360,450,60

Geo tcnico - Capacidade de carga f (perfil de solo)

- Recalques admissveis

- Frmulas Tericas

Capacidade de carga - Mtodos Semi-empricos

- Prova de Carga Esttica


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- Prova de Carga Dinmica

a) Frmulas Tericas

QF = QB+ QL

qB= c Nc+ BN+DNq

1. Estacas em solos coesivos

= 0; Su 0 N= 0; Nq= 1

QF= (Su Nc AB+DAB) + CSAS

Mas- DAB~ peso da estaca

- Adeso CS=Su

QF= Su Nc AB+Su AS

Carga Admissvel

Observaes

F = fator de segurana

F (usual) = 2,5 a 3,0

F (controle de cravao) = 1,5 a 2,0

= adeso (Cravadas Tomlinson & Flaate)

(Escavadas aprox. 0,45)

Nc = 9 Skempton (1951)

21 F

ASu

F

ANcSuQ SBF


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2. Estacas em solos granulares

C = 0

BN= desprezado

'tan1' mdiosqBF pKANpAQ

p= tenso efetiva devido ao peso do solo

K = coeficiente de empuxo

= ngulo de atrito solo estaca

Observaes

Nqx (Berezantsev, 1961)

K

Tipo de Estaca Fofa CompactaAo 0,5 1,0Madeira 1,5 3,0Concreto 1,0 2,0

Ao 20Madeira 2/3Concreto 3/4

Concluses

1. Argilas Teoria de Capacidade de Carga de Uso Corrente.

2. Areias Mtodos Estatsticos com base em SPT.

3. Solos Coesivo-friccionais Mtodos Estatsticos (com base em SPT).

b) Mtodos Semi-Empricos

Como as frmulas tericas geralmente no so confiveis na previsoda capacidade de carga de elementos de fundao profunda, muitos autorestm proposto mtodos baseados em correlaes empricas com resultados deensaios in situ e ajustados com provas de carga.

No Brasil, trs mtodos so muito utilizados: Aoki-Velloso (1975),Dcourt-Quaresma (1976) e Velloso (1981).


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Mtodo Aoki-Velloso (1975)

Considerando que o fuste da estaca atravessa n camadas distintas desolo, as parcelas de resistncia de ponta (Rp) e de resistncia lateral (Rl) quecompem a capacidade de carga (R), so expressos por:

Rp= rpAp

rp= capacidade de carga do solo na cota de apoio do elemento estrutural de fundao

Ap= rea da seo transversal da ponta

rl = tenso mdia de adeso ou de atrito lateral na camada de espessural

U= permetro da seo transversal do fuste

2

1

F

fr

F

qr

c

l

c

p

Tipo de Estaca F1 F2

FRANKI 2,50 5,0

METLICA 1,75 3,5

PR-MOLDADA 1,75 3,5

- Pr-moldada de concreto

12

1

2

metros)em(D80,0

1

FF

DF

n

ll lrUR1

R


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- Escavadas F2= 4,5 a 10,5 f (grau de perturbao)

F2= 2 F1 F1 = 3,0 e F2= 6,0 (Alonso, 1991)

fc=q

c- quando f

cno medido

Quando no se dispe de ensaio CPT (Cone) pode ser usada a relao

com o SPT.

qc= KN

Coeficientes Ke(Aoki-Velloso, 1975)

Tipo de Solo K(MPa) (%)

Areia 1,00 1,4

Areia siltosa 0,80 2,0Areia silto-argilosa 0,70 2,4

Areia argilosa 0,60 3,0

Areia argilo-siltosa 0,50 2,8

Silte 0,40 3,0

Silte arenoso 0,55 2,2

Silte areno-argiloso 0,45 2,8

Silte argiloso 0,23 3,4

Silte argilo-arenoso 0,25 3,0

Argila 0,20 6,0

Argila arenosa 0,35 2,4

Argila areno-siltosa 0,30 2,8

Argila siltosa 0,22 4,0

Argila silto-arenosa 0,33 3,0

2

1

F

NKr

F

NKr

ll

Pp

NP= NSPTna cota da ponta

Nl= NSPTmdia na camada de espessural

Capacidade de Carga de uma Estaca:


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admissvelCarga-2

__

121

R

lNKF

UA

F

NKr

P

n

lp

p

p

Mtodo de Dcourt-Quaresma (1978)

Capacidade de carga:

R = Rp+ Rl

Rp= rpAp - ponta

Rl= rl Sl - atrito lateral

kPaN

r ll

1

310

Nl= NSPTmdio ao longo do fuste

Nl50 para estacas de deslocamento

Nl15 para estacas Strauss e tubules

Nl3rp= C NpNp= NSPT mdia de trs valores: da ponta, imediatamente anterior e o

imediatamente posterior.

C= fator caracterstico do solo

Tipo de solo C(kPa)

Argila 120

Silte argiloso* 200

Silte arenoso* 250

Areia 400

*Solos residuais

1982)(Dcourt,0,43,1'

2

__

pl

RRR

RP


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Coeficiente (Dcourt,1996)

Tipo de estacaTipo de solo Escavada

em geralEscavada(bentonita)

Hlicecontnua

RaizInjetada sob

altas presses

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

Solosintermedirios

0,60 0,60 0,30* 0,60* 1,0*

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

* Valores orientativos - poucos dados disponveis

Coeficiente (Dcourt, 1996)

Tipo de estacaTipo de solo Escavada

em geral

Escavada

(bentonita)

Hlice

contnua

RaizInjetada sob

altas pressesArgilas 0,8* 0,9* 1,0* 1,5* 3,0*

Solosintermedirios

0,65* 0,75* 1,0* 1,5* 3,0*

Areias 0,5* 0,6* 1,0* 1,5* 3,0*

* Valores orientativos - poucos dados disponveis

Mtodo Velloso (1981)

R = Rl+ Rp

Rl= U(rll)

Rp= rpAp

= fator de execuo da estaca

= fator de carregamento

= fator de dimenso da baseU= permetro da seo transversal do fuste

R

1996)(Dcourt,

doisdosmenor'

2'

lp RRR

R

RR


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Ap = rea da seo transversal da base

= 1,0 - para estacas cravadas 0,5 - para estacas escavadas

= 1,0 - para estacas comprimidas 0,7 - para estacas tracionadas

= 2,0016,0016,1

c

b

d

D

0 - para estacas tracionadas (para Db= Df)

dc= dimetro da ponta do cone no CPT (36 mm)

Db = dimetro da baseDf= dimetro do fuste

2

21 cc

p

qqr

qc1 = mdia dos valores de qcdo ensaio de cone, de uma camada deespessura igual a 8 Db, situada logo acima da ponta daestaca.

qc2 = mdia de qc para uma espessura igual a 3,5 Db, situada logoabaixo da ponta da estaca

rl= fc atrito lateral do cone (CPT)

Correlaes CPT com SPT

qc= a Nb

fc= a Nb

Ponta AtritoSoloa (kPa) b a (kPa) b

Areias sedimentares submersas 600 1 5,0 1

Argilas sedimentares submersas 250 1 6,3 1

Solos residuais de gnaisse areno-siltosos submersos

500 1 8,5 1

400 (1) 1 (1) 8,0 (1) 1 (1)Solos residuais de gnaisse silto-arenosos submersos 470 (2) 0,96 (2) 12,1 (2) 0,74 (2)

(1) - rea da REDUC (RJ).(2) - rea da Aominas (MG).


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Verificao do Clculo

Estaca 1 - carga no pilar - 143 toneladas

- dimetro - 70 cm

- comprimento - 4,70m

MTODO DE AOKI VELLOSO

Prof.

(m)NSPT

Resist. Lat.

(t)

Resist. de Ponta

(t)

Total

(t)

Carga

Admissvel (t)

0-1 20 13,198 153,86 167,048 83,524

1-2 30 19,782 230,79 250,572 125,286

2-4,7 40 63,302 410,293 473,596

MTODO DE DCOURT - QUARESMA

Carga Admissvel (t)Prof.

(m)

NSPTResist. Lat.

(t)

Resist. de

Ponta (t)

Total

(t) Sit. 1 Sit. 2

0-1 20 16,851 307,72 324,6 162,28689,893

1-2 30 24,178 461,58 485,8 242,879 133,993

2-4,7 40 86,063 615,44 700,5 350,251 219,293

CARGA DE SERVIO = 143tCARGA ADMISSVEL = 236,798t (AOKI)

219,293t (DCOURT)

Estaca 2 - carga no pilar - 43 toneladas

- dimetro - 40 cm

- comprimento - 5,3 m


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MTODO DE AOKI VELLOSO (1975)

Prof.

(m)NSPT

Resist. Lat.

(t)

Resist. de Ponta

(t)

Total

(t)

Carga

Admissvel (t)

0-1 10 1,758 14,653 16,411 8,206

1-2 13 2,286 19,049 21,335 10,667

2-3 26 8,708 87,083 95,791 10,667

3-4 31 12,753 103,829 116,582 58,291

4-5,0 33 23,747 110,528 134,275 67,137

5,0-5,3 40 45,208 133,973 179,18


Prof.

(m)NSPT

Resist. Lat.

(t)

Resist. de

Ponta (t)

Total

(t)Carga Admissvel (t)

0-1 10 5,443 15,072 20,515 10,257 7,955

1-2 13 6,698 65,312 72,011 36,005 21,481

2-3 26 12,141 130,620 142,761 71,383 41,995

3-4 31 24,283 155,740 180,023 90,013 57,615

4-5 33 43,123 165,790 208,913 104,457 74,619


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5-5,3 40 79,547 200,960 280,507 140,253

CARGA DE SERVIO = 43t

CARGA ADMISSVEL = 89,590t (AOKI) 111,430t (DCOURT)


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SOLO DE SANTO NGELO

MTODO DE AOKI VELLOSO

cmRU

tkgfcmkgf

R

cmkgfMPaKN

F

NlKrrUR

F

NKrArR

p

pp

llll

p

pppp

5,1001622

17,32321704

32

0,3

50/4,2

/4,224,050

22

2

2

1

PROF(m)

Nl

(%)K

(kgf/cm2)U

(cm)l

(cm) Rl

1-2 6 4,0 2,2 100,5 100 884,4

2-3 4 4,0 2,2 100,5 100 589,6

3-4 1 4,0 2,2 100,5 100 147,4

4-5 3 4,0 2,2 100,5 100 442,2

5-6 4 4,0 2,2 100,5 100 589,6

6-7 4 4,0 2,2 100,5 100 589,6

7-8 4 4,0 2,2 100,5 100 589,6

8-9 7 3,4 2,3 100,5 100 1.031,8

9-10 27 3,4 2,3 100,5 100 3.536,6

10-10,3 50 3,4 2,3 100,5 30 1.964,8

10.365,8 kgf

tkg

kgR

R 3,21212682

42536

425361036632170

_

ESTACA ESCAVADA

F1= 3,0F2= 6,0


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t

tt

kgfR

kgfkPaR

kgfcmcmm

kgfR

cmkgfr

kParNCr

SrRArR

R

R

N

lN

p

l

l

l

lpp

lllppP

9,504

67557

3,1

44251

904,552

808,111

808.1114425167557

557.674

3242200

251.44329304733,0

/4733,033,4713

3,1110

2,1110

502774443346

13

10

_

_

2

2

2

_

_

DCOURT - 96

649.342

69297

692974425165,06755760,0

_

R

R

RRR lp

* Prova de carga 27 t - RECALQUE 1,5 mmCarga de trabalho 18t - RECALQUE 1,15mm


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MTODO DE VELLOSO - 1981

5,0

0,187,036

320016,0016,1

llLppp

LP

rURArR

RRR

1'

/08,08''

576.5443215687,05,0

1562

200112

200500,4

112280,4

50Nq

2850

50277Nq

ABAIXO3,5

ACIMA82

2'

2

1

22

1

21

c2

c1

2

121

2

b

cmkgfkPaaNaf

kgfR

r

Naq

cm

kgfNaq

mdiaq

mdiaqqq

r

b

c

p

p

b

c

b

c

c

ccc

p

b

PROF. N a (kgf/cm2) b f c RL

1-2 6 0,08 1 0,48 2.412

2-3 4 0,08 1 0,32 1.608

3-4 1 0,08 1 0,08 402

4-5 3 0,08 1 0,24 1.206

5-6 4 0,08 1 0,32 1.608

6-7 4 0,08 1 0,32 1.608

7-8 4 0,08 1 0,32 1.608

8-9 7 0,08 1 0,56 2.814

9-10 27 0,08 1 2,16 10.854

10-10,3 30 0,08 1 2,40 3.618

27.738

41,2t

157.412

82314

314.82

738.27576.54

_

kgf

kgfR

R

R


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Mtodo de Teixeira (1996)

Neste mtodo, o autor com base nos ndices de resistncia penetrao

(N) do ensaio SPT realizado nas sondagens penetrao prope as seguintes

expresses:

qp= . Np e q1 = . Nl

em que Np o valor mdio dos ndices de resistncia penetrao N medidos

no intervalo entre quatro dimetros acima da ponta da estaca e um dimetro

abaixo, Nl o valor mdio dos N medidos no ensaio SPT ao longo do

comprimento do fuste da estaca, e os parmetros e propostos pelo autor

so apresentados nas Tabelas 1 e 2, respectivamente.

Tabela 1 - Valores do parmetro de Teixeira

Tipo de estaca (tf/m)

Tipo de solo

(4


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De modo a estimar a carga admissvel compresso (Qa), o autor

prope a utilizao de um coeficiente de segurana global em relao ruptura

do sistema estaca/solo igual a 2 para as estacas por ele estudadas, com

exceo das estacas escavadas a cu aberto, para as quais recomendacoeficientes de segurana parciais de 4, para a parcela de ponta, e 1 ,5 para a

parcela de atrito lateral.

O autor salienta que os valores das tabelas 1 e 2 no se aplicam a casos

de estacas pr-moldadas cravadas em argilas rnoles sensveis, em que

normalmente N inferior a 3. Devido grande espessura desses sedimentos,

na maioria das vezes, as estacas cravadas no chegam a alcanar os

sedimentos de areia compacta ou os solos residuais subjacentes, resultandoestacas que trabalham essencialmente por resistncia de atrito lateral. Nessas

condies, recomenda ql= 2 a 3 tf/m2, para as argilas SFL (sedimentares flvio

lagunares e de baas) e 6 a 8 tf/m2, para as argilas AT (argilas transicionais).

Mtodo Brasileiro para estacasa Escavadas embutidas em rocha

Ern funo do desenvolvimento de modernos equipamentos de

perfurao, com relativa facilidade de locomoo e elevados torques eprodutividades, est sendo possvel a execuo de estacas escavadas

embutidas em rocha com tima relao carga/custo. Diante disso, a seguir,

apresenta-se a metodologia de clculo proposta por Cabral-Antunes (2000),

para estacas escavadas embutidas em rocha.

Mtodo de Cabral-Antunes (2000)

Na maioria dos casos de estacas embutidas em rocha, devido grandediferena dos coeficientes de rigidez do solo e da rocha, apenas se considera a

capacidade de carga do trecho em rocha, desprezando-se a contribuio do

solo e usando um coeficiente de segurana global igual a 3.

Cabral e Antunes (2000), com base nas sugestes de Poulos e Davis (1960),

consideram que a capacidade de carga de estacas escavadas embutidas em

rocha e atravessando camadas de solo com ou sem encamisamento (quando

L>20.D e NSPT mdio do fuste >10), pode ser considerada como a soma daparcela de resistncia de atrito lateral com a parcela de resistncia de ponta,


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que depende fundamentalmente de dois fatores: qualidade do macio rochoso

e limpeza da ponta da estaca. Para clculo da carga admissvel, mantm-se o

coeficiente de segurana global igual a 3.

Para caracterizao do macio rochoso, alm dos dados de sondagensgeotcnicas, deve-se dispor de dados0de ensaios especficos de

caracterizao, como por exemplo o de compresso simples (c).

Quanto limpeza da ponta da estaca, ressaltam que sua eficincia

diretamente proporcional parcela resistente de ponta.

Para clculo da resistncia de ponta unitria (p), os autores propem a

seguinte expresso:

p = p. c < 0,40.fck (valor mx. 8,0 MPa)

em que p um fator adimensional de correlao (vide valores propostos na

Tabela 3) e ca resistncia compresso da rocha (vide valores da Tabela 4,

para os tipos mais comuns de rocha, apenas como indicativo da sua ordem de

grandeza).

Tabela 3 - Coeficiente pde Cabral-Antunes

oTIPO DE ROCHA

VARIAO MEDIAMuito alterada 0,07 a 0,1 3 0,10

Alterada 0,24 a 0,36 0,30

Pouco alterada a s 0,48 a 0,60 0,54

Tabela 4 - Valores indicativos de c

TIPO DE ROCHA c(MPa)

Rochas gneas e metamrficas

(Basaitos, gnaisses e granitos) 70 a 250

Rochas metamrficas foliadas

(Ardsias e xistos) 40 a 90

Rochas sedimentares bem

cimentadas (Arenitos, calcrios

e siltitos) 30 a 80


24/63

Para clculo da resistncia de atrito lateral unitria ( l), que por razes

executivas deve ser 2,5% a 3,5% da resistncia de ponta, os autores propem

a seguinte limitao:

l< f

ck / 15 (valor mx. 1,3 MPa)

Para comprimento mnimo de embutimento da estaca (Le), necessrio

para que seja desenvolvida a tenso resistente de ponta, os autores

recomendam:

a) quando no existam dvidas quanto limpeza e qualidade da rocha, face

ao processo executivo e s caractersticas das ferramentas de perfurao:

Le = 0,5 D (sendo D o dimetro da estaca)

b) quando haja possibilidade de que a qualidade da rocha abaixo da pontaseja ligeiramente inferior encontrada no final da perfurao:

Le =1,5 D para p> 30 MPa

Le = 2,0 D para 15 MPa < p< 30 MPa

c) quando h dvidas ou problemas em relao limpeza da ponta ou quando

a qualidade da rocha abaixo do apoio da estaca seja muito inferior

encontrada no final da perfurao (admitindo nestes casos que toda a carga

resistida por atrito lateral):Le= 3,0 D para p> 30 MPa

Le = 4,0 D para 15 MPa < p< 30 Mpa

Mtodos Brasileiros Especficos para Estacas tipo Raiz

Apresentam-se, a seguir, dois mtodos aferidos tambm com inmeras

provas de carga em solos brasileiros.

Mtodo da Brasfond (1991)

No mtodo proposto pela BRASFOND, os valores de qp e ql, so obtidos

mediante as seguintes expresses:

qp= . N p (tf/m2) e ql= 0,6 Nl

em que : Np a mdia dos N do ensaio SPT medidos na cota de apoio da

estaca e imediatamente acima e abaixo, Nlo valor mdio dos SPT ao longo da

estaca, devendo os valores de N>40serem tomados como iguais a 40, tanto

no caso da resistncia de ponta como de fuste, e os valores de so iguaisaos indicados na Tabela 5.


25/63

Para os solos expansivos do Recncavo Baiano no se recomenda

adotar valores de ql, superiores a 8 tf/m2.

Tabela 5 - Valores do coeficiente da Brasfond

TIPO DE SOLO

(tf/nf) (kPa)

Areia com pedregulhos 26 260

Areia 20 200

Areia siltosa 16 160

Areia argilosa 13 130

Silte arenoso 12 120

Silte argiloso 10 100

Argila arenosa 11 110

Argila siltosa 9 90

Mtodo de Cabral(1986)

O mtodo de Cabral, que mais conservador que o da Brasfond comrelao ao limite superior, prope as seguintes expresses para as resistncias

unitrias de ponta e de fuste (em funo de Ndo SPT):

qp= 02N 50 kgf/cm e ql= 01 N 2 kgf/cm

em que0=1 +0,10.p 0,01 D (sendop a presso da injeo, em kgf/cm2, D o

dimetro final da estaca, em cm, e os valores de1 e 2 conforme proposto na

tabela 6.

Tabela 6 - Coeficientes 1e 2de Cabral

TIPO DE SOLO 1 (%) 2(kgf/cm2)

Areia 7 3

Areia siltosa 8 2,8

Areia argilosa 8 2,3

Silte 5 1,8

Silte arenoso 6 2Silte argiloso 3,5 1


26/63

Argila 5 1

Argila arenosa 5 1,5

Argila siltosa 4 1

Deve-se observar que, neste mtodo, em vez de utilizar-se o valor mdio

de N ao longo do fuste completo da estaca (como feito no mtodo da

Brasfond), usa-se o valor mdio do SPT por camada (de espessura z),

calculando assim o qlmdio para cada camada.

A capacidade de carga, neste mtodo, obtida pela expresso:

Qu= Qp+ Ql =0 2N Ap+ U01 Nl

Mtodos Brasileiros para Microestacas

Para o caso de microestacas (pressoancoragens), tanto as formulaes

nacionais como internacionais so, em geral, baseadas em frmulas de tirantes

injetados em mltiplos estgios.

Mtodo de Costa-Nunes(1974)

A formulao proposta por Costa Nunes (1974) para estimativa da

capacidade de carga de microestacas (pressoancoragens) considera apenas a

resistncia lateral e, da mesma forma que outras proposies existentes,

baseia-se em frmulas inicialmente estabelecidas para tirantes.

A frmula completa proposta para a capacidade de carga (Qu) pode ser

apresentada da seguinte forma:

Qu= Q1 =. D. D . L . L. (c + K.. H. H. p . tg)

onde se tem:

D = dimetro nominal da ancoragem ou dimetro externo do tubo de

moldagem;

D = fator de aumento de dimetro da ancoragem devido presso de injeo;

embora Ostermayer e Werner (1972) tenham indicado que esse aumento da

ordem de duas vezes o dimetro mdio dos gros do solo (d50) mais um

acrscimo de 5mm, o autor sugere desprezar esse efeito na frmula

simplificada, adotando D = 1;

L = comprimento de ancoragem (ou do bulbo);


27/63

L= fator de reduo do comprimento de ancoragem , devido ao fato da

presso sobre a mesma no ser uniforme; para comprimentos moderados, at

cerca de 8m, Lpode ser adotado igual a 1;

c = aderncia entre a calda de cimento e o solo; face irregularidade do bulbo,

pode-se adotar "c" igual coeso do solo;

= peso especfico do solo;

H = profundidade do centro da ancoragem;

H = fator de reduo da profundidade, para profundidades maiores do que 9m;

nos casos mais frequentes, pode-se adotar H =1;

p = fator de aumento da presso normal, na resistncia ao cisalhamento, na

interface calda-solo; segundo experincias alems (Ostermayer e Werner,

1972), esse fator pode alcanar valores entre 5 e 10, e, de acordo com

experincias brasileiras (Costa Nunes, 1966), a permanncia da protenso no

solo pode atingir facilmente mais de 50% do valor inicial, seu valor dependendo

do mdulo de deformao do solo;

= ngulo de atrito interno do solo;

K = coeficiente de empuxo, que para o estado em repouso pode ser estimado

aproximadamente pela expresso K0= 1 -sen' estabelecida por Jky (1944).

Adotando na frmula completa os valores mais frequentes para os

fatores de reduo e aumento, obtem-se a seguinte frmula simplificada (Costa

Nunes, 1985):

Qu = Ql=. D. L . [c + (K.. H +p) . tg]

em que p > 50% do valor inicial, segundo a experincia do autor em solosbrasileiros.

De todos modos, as incertezas do clculo da capacidade de carga

dessas estacas no apresenta muitos inconvenientes, porque a verificao

dessa estimativa deve ser feita sempre de maneira experimental.

Para as estacas injetadas de alta presso, os valores da tenso de atrito

lateral, calculados da forma clssica, com base no dimetro nominal da

perfurao, de um modo geral, devem aer multiplicados pelos coeficientesindicados abaixo (Salioni, 1985):

5 a 6 , para areias e pedregulhos


28/63

3 a 5 , para areias siltosas e areias finas

2 a 3 , para argilas de consistncia mdia.

Na Tabela 14, Bustamante e Gianeselli (1981), baseados em dezenove

ensaios instrumentados, apresentam as diferenas dos valores mximos daresistncia de atrito lateral unitrio entre as estacas injetadas de baixa presso

e de alta presso.

Tabela 7 - Valor da tenso de atrito lateral unitrio em estacas injetadas

TIPO DE SOLOPRESSO LIMITE

(MPa)

VALOR MXIMO DO ATRITO

LATERAL UNITRIO (kPa)

BAIXA

PRESSO

ALTA

PRESSO

Argila mole


29/63

mtodo de Antunes-Cabral, usando os coeficientes mximos tanto para a ponta

como para o atrito lateral, so os que apresentaram melhor correlao com os

valores estimados pelas provas de carga.

Mtodo de Antunes-Cabral (1996)

Neste mtodo, que utiliza como base os valores de Nde ensaios SPT,

os autores propem as seguintes correlaes:

qp= 2N< 40 kg f/cm2 e qt=1N (kgf/cm)

em que os valores de1 e2 so apresentados na Tabela 15.

Tabela 8 - Valores dos coeficientes 1e 2

TIPO DE SOLO 1 (%) 2(kgf/cm2)

Areia 4,0 a 5,0 2,0 a 2,5

Silte 2,5 a 3,5 1,0 a 2,0

Argila 2,0 a 3,5 1,0 a 1,5

Mtodo de Alonso (1996)

Este mtodo, estabelecido usando os ensaios SPTT (sondagens

percusso com medida de torque), prope a seguinte expresso para a

resistncia unitria de ponta:

ql= 0,65 fs< 200 kPa

em que fs a resistncia de atrito lateral entre o amostrador padro e o solo,

calculada a partir do torque mximo Tmx(em kgf.m) e da altura total h (em cm)

do amostrador do SPT mediante a frmula:

ou

Como normalmente a penetrao total do amostrador igual a 45 cm, a

expresso acima pode ser simplificada, assumindo a seguinte forma:

ou

Para clculo de qp , o autor usa um esquema de ruptura semelhante ao

do modelo de De Beer (1971), propondo a seguinte expresso:

)/(

032,041,0

cmkgf

h

Tf mxS

)(

032,041,0

.100kPa

h

Tf mxS

)/(18

cmkgfT

f mxS )(18,0kPa

Tf mxS

2

)2()1(

mnmnp

TTq


30/63

em que: T(1)mn igual mdia aritmtica dos valores do torque mnimo (em

kgf.m), no trecho8D acima da ponta da estaca, e T(2)mn a mdia aritmtica dos

valores do torque mnimo, notrecho 3D abaixo da ponta da estaca, devendo osvalores de Tmn superiores a 40 kgf.m ser tornados como iguais a 40 kgf.m

quando o comprimento da estaca for menor do que "8.D", deve adotar-se nulos

os valores de T(1)mn acima do nvel do terreno.

Seguindo a tradio dos demais mtodos semi-empricos, tambm aqui

o autor apresentou correlaes estatsticas para o caso de dispor-se apenas de

dados do ensaio SPT, pois nem sempre so feitos ensaios do tipo SPTT. As

correlaes entre T e Napresentadas a seguir foram propostas pelo autor paraos solos da Bacia Sedimentar de So Paulo, devendo ser usadas, com muita

reserva, para outras localidades.

Tmx= 1,2 N e Tmfn= N

O autor alerta que antes de se aplicar o mtodo em outros locais, onde

no se disponha de ensaios SPTT, deveria preliminarmente obter-se essas

correlaes, para depois poder usar-se adequadamente os dados do SPT.

Mtodos Brasileiros Especficos

Mtodo da FUNDESP

No mtodo proposto pela FUNDESP, os valores de Qpe Q1 so obtidos

mediante as seguintes expresses:

Qu= Qp+ Q1

Qp=0 2NpAp e Q1=(0 1NlUl)

em que:

Np o valor de Ndo ensaio SPT medido na cota de apoio da estaca, N lo

valor mdio do SPT em cada camada atravessada pelo fuste, de espessura l,

U =.D, sendo D o dimetro da perfurao,Ap a rea da seo transversal da

ponta da estaca, 0 = 1,3 - 0,8 D e os coeficientes 1 e 2 sendo obtidos

mediante a Tabela 9.


31/63

Tabela 9- Valores dos coeficientes 1e 2

TIPO DE SOLO 1(tf/m) 2(tf/m2)

Areia 0,4 a 0,6 20 a 30

Silte 0,25 a 0;35 10 a 25

Argila 0,3 a 0,4 15 a 20

Por considerar que o mtodo ainda est em fase de anlise para os

solos brasileiros, a Fundesp recomenda sua verificao mediante provas de

carga sempre que possvel.

Mtodo de Monteiro (2000)

O mtodo foi desenvolvido com base no mtodo de Aoki-Velloso,

introduzindo modificaes nos parmetros do solo K e (Tabela 10) e nos

parmetros de transformao F1 e F2 (que consideram o processo de

execuo da estaca e o efeito de escala), bem como no modelo da resistncia

de ponta e de base da estaca. Os valores propostos para F1 e F2foram 2,5 e

3,2 , respectivamente.

Tabela 10 - Coeficientes K e a modificados por Monteiro

TIPO DE SOLO K(kgf/cm) (%)

Areia 7,3 2,1

Areia siltosa 6,8 2,3

Areia silto-argilosa 6,3 2,4

Areia argilosa 5,4 2,8

Areia argilo-siltosa 5,7 2,9

Silte 4,8 3,2

Silte arenoso 5,0 3,0

Silte areno-argiloso 4,5 3,2

Silte argiloso 3,2 3,6

Silte argilo-arenoso 4,0 3,3

Argila 2,5 5,5

Argila arenosa 4,4 3,2

Argila areno-siltosa 3,0 3,8Argila siltosa 2,6 4,5


32/63

Argila silto-arenosa 3,3 4,1

Para a considerao da resistncia de ponta das estacas adotou-se o

modelo proposto por De Beer (1972), considerando o fator de embutimento da

estaca na camada resistente, bem como o fator de puncionamento dessa

camada suporte da base da estaca, caso haja uma camada subjacente de

baixa resistncia.

Os valores de qp e ql so obtidos em funo do tipo de ensaio disponvel

(CPT ou SPT) conforme indicado no quadro abaixo:

NOTA: Para valores de Nsuperiores a 50, adotar o valor 50.

O valor de qp obtido pela expresso:

sendo qP(SuP) a mdia aritmtica dos valores medidos da resistncia de ponta

no ensaio de cone, no trecho "7.D" acima da ponta da estaca (incluindo o valorda ponta), e qp(inf) a mdia para o trecho "(3,5.D+1,0 m) abaixo da ponta da

estaca (sem o valor da ponta).

Caso a estaca no penetre suficientemente na camada resistente para

que se forme totalmente a superfcie de ruptura do solo, deve-se fazer uma

correo do qp (chamada correo do fator de embutimento), que consiste em

adotar valores nulos para os qp entre 7D acima da ponta da estaca e a

superfcie do terreno.

Ensaio disponvel

Parcelas

resistentes

CPT SPT

qp=1F

qc

1

.

F

NK

ql =2F

fs ou

1

.

F

qc

1

..

F

NK

2

(inf)(sup) pp

p

qqq


33/63

Caso haja uma camada menos resistente abaixo da regio de

assentamento da ponta ou base da estaca, numa profundidade compreendida

entre (3,5.Dbase+1,0 m) e [(3,5.Dbase+1,0 m) + 2,0 m] abaixo da ponta da estaca,

deve-se introduzir outra correo no valor de qp

(chamada correo do fator de

puncionmento), que consiste em calcular qp(inf) como a mdia dos valores da

resistncia de ponta no trecho abaixo da ponta igual a [(3,5.D+1, 0 m) + 2,0 m].

Mtodo Brasileiro especfico para Estacas Escavadas com lama

Mtodo Expedito de transferncia de carag de Alonso (1983)

Para estimar a transferncia de carga da estaca para o solo, ao longo dofuste de estacas escavadas com lama, Alonso (1983) props um critrio

simples baseado nos , valores medidos do SPT.

Nesse mtodo, admitindo que o SPT seja medido de metro em metro, a

parcela de resistncia lateral total (Q1) ao longo do fuste de estaca pode ser

avaliada pela seguinte expresso:

em que U (em metros) o permetro da estaca e N a soma dos NSPT ao

longo do fuste (medidos de metro em metro).

Mtodo da UFRGS

O mtodo apresentado Lobo (2006) tem suas equaes desenvolvidas a

partir de conceitos da fsica, utilizando os prncipios bsicos de conservao de

energia para calcular a fora dinmica de reao do solo a cravao doamostrados SPT, ao contrrio de outra metodologias consagradas na prtica

da engenharia..

A capacidade de carga da estaca expressa pela seguinte equao:

p

p

dd

i

Ra

AFLF

a

UQ .7,0..

.2,0.

Onde: QR = Capacidade de carga da estaca = coeficiente de ajuste aplicado para resistncia lateral

)(

3

.tf

NUQl


34/63

U = permetro da estaca

a1= rea lateral total do amostrador (rea lateral externa + interna = 810,5cm2)

L = espessura de cada camada de solo considerado

= coeficiente de ajuste aplicado para resistncia de pontaAp = rea da ponta ou base da estaca

ap = rea de ponta do amostrador SPT ( 20,4cm2)

Fd = variao da energia potencial.

]...)75,0.(.[ 213 gMgMF hmd

Onde: 1= representa a eficincia do golpe = 0,761

2= representa a eficincia das hastes = 1

3= representa a eficincia do sistema = 0,0907-0,0066Z

Mm= representa a massa do martelo

Mh = representa a massa da haste

g = acelerao da gravidade

= penetrao do golpe = 30/N

Tabela 11-Coeficiente e

Tipo de Estaca

Cravada Pr-Moldada

Metlica

Hlice Contnua

Escavada

1,5

1,0

1,0

0,7

1,1

1,0

0,6

0.5

Os coeficientes e , foram obtidos por meio de correlaes estatsticas

entre os valores previstos pelo mtodo proposto e valores medidos em provas

de carga esttica para diferentes tipos de estacas, atravs da anlise de um

banco de dados composto de 324 provas de carga compresso e 43 provas

de carga trao.


35/63

c)Prova de Carga esttica

dinmica

Prova de Carga Esttica (NBR 12131/91) A avaliao da cargaadmissvel deve ser obtida para um fator de segurana contra a ruptura de 2(NBR 6122/96).

Os deslocamentos mximos admissveis suportados pela estrutura,

sem prejuzo dos estados-limites de utilizao, devem atender s prescriesda NBR 8681/84. Estes deslocamentos em termos absolutos (recalques totais)quanto relativos (recalques diferenciais) devem ser definidos pelos projetistasenvolvidos.

- Estacas pr-moldadas de concreto o nmero mnimo deensaios de 1% do conjunto de estacas

- Estacas escavadas 1 prova de carga para obras com mais de100 estacas com carga de trabalho acima de 3000 kN.

- Estacas em solos colapsveis Cintra (1998) recomenda adotar

ainda um coeficiente de 1,5 carga de colapso (P carga decolapso/1,5).

Quando a carga mxima aplicada na Prova de Carga no atinge aruptura, podemos extrapolar a curva carga x recalque para avaliar a carga deruptura.

Mtodos utilizados no Brasil - Van der Veen (1953)- Mazurkiewicz (1972)

- Massad (1986)

- NBR 6122/96

Mtodo de Van der Veen (1953)

Van der Veen a partir de uma srie de provas de carga props uma

relao emprica para a curva carga x recalque:

P = Pr(1 - e-a)


36/63

P= carga correspondente ao recalque

Pr= carga de ruptura

ru P

P

la 1

O mtodo consiste em adotar valores de carga P r(maiores que aquela

ltima da prova de carga) e para cada valor de P radotado ser traada uma

curva semi-logartmica [-lu(1 P/Pr)] x.

A curva que apresenta a melhor regresso linear (reta) indica a carga

de ruptura.

Mtodo de Mazurkiewicz

Mazurkiewicz (1972) props um mtodo que permite determinar a

carga de ruptura por extrapolao quando a prova de carga no for levada at

a ruptura.

O mtodo assume que a curva carga x recalque seja uma parbola e a

carga de ruptura determinada por um procedimento grfico:

- plotar uma curva carga x recalque

- traar uma srie de linhas paralelas ao eixo das cargas eeqidistantes de. Pelos pontos de interseo das paralelas com

a curva, traam-se linhas verticais.

- nos pontos de interseo das verticais com o eixo das cargas,

traam-se linhas a 45 com a horizontal at interceptarem a vertical

seguinte.

- A provvel carga de ruptura obtida pela interseo da reta

interpolada com o eixo das cargas.

Mtodo de Massad

Massad (1986) concluiu que os mtodos de Van der Veen e

Mazurkiewicz so equivalentes e apresentou um mtodo baseado nesses dois

mtodos.

O mtodo consiste em plotar em grfico as cargas associadas a uma

srie de deslocamentos com valores igualmente espaados na forma de umgrfico Pnx Pn+1que ser uma reta. A interseo dessa reta com uma linha de

45 ir representar a carga de ruptura.


37/63

Mtodo da ABNT

Quando a estaca carregada at apresentar um recalque

considervel, mas curva carga x recalque no indica uma carga de ruptura, a

NBR 6122/96, prescreve:

30

D

EA

LPRR

R= recalque de ruptura convencional

P= carga de ruptura convencional

L = comprimento da estaca

A= rea da seo transversal da estaca

E= mdulo de elasticidade do material da estaca

20.000 MPa (escavadas) 25.000 MPa (pr-moldadas)

D= dimetro do crculo circunscrito estaca.

- Adota-se um valorP (por exemplo a carga no nvel da estaca) e

calcula-se o correspondente recalque .

30

D

EA

LP

- traar a reta

0;

30

d e (; P)

- A interseo dessa reta com a curva carga x recalque caracteriza acarga de ruptura convencional (PR)


38/63

Exemplo:

Resultados de prova de carga

(mm) 0 5,08 10,16 15,24 20,32 25,40 30,48 35,56

Pu( t ) 0 80 123 153 173 187 196 202

Soluo por Van der Veen

(mm) P(t) - ln (1 - P/Pr)5,08 86 190 195 200 205 210 220 230 250

10,16 12315,24 15320,32 17325,40 18730,48 19635,56 202


39/63


40/63


41/63


42/63

Figura 1 - Dispositivo para medio dos deslocamentos


43/63

Fotografia 1 - Vista geral da cargueira

Fotografia 2 Cargueira, leituras da clula de carga LVDT e bomba.


44/63

Fotografia 3 - Detalhe da cargueira, das vigas de apoio dos medidores de deslocamento

e bomba.

Fotografia 4 - Detalhe dos equipamentos (macaco, clula e medidores) no bloco da

estaca P11


45/63

Fotografia 5 - Cargueira durante aplicao da carga mxima - P11

Tabela 12 Resultado da Prova de Carga na Estaca P-11

ESTACA - P 11

Dimenses (cm) 18x 18Comprimento (m) 8,0

Armadura (mm) 44,2

Tipo de Concreto fck (MPa) 30

Cota do Topo (m) 0,9

Cota da Ponta (m) 8,9Carga de Servio (t) 18,6

Carga Mxima de Ensaio (t) 37,2

Inicio de Ensaio 11/06/1998- 12:00hFim de ensaio 12/06/1 998 -07:00h


46/63

Tabela 12 - Continuao

Nveis Carga (t) Leit. Gel. Ivdtl (mm) deflet.1(mm)

deflet.2 (mm) deflet.3 (mm) Tempo

0 0,00 0,0 0,00 0.00 0,00 0,00 0

0,20 0,18 0,10 0,07 00.20 0,19 0,11 0.08 2'

0.20 0.20 0.12 0.08 4'0.20 0.20 0,12 0,08 8'

0,20 0.20 0,12 0,08 15'

20 3,72 3,7

0.20 0,21 0,12 0,08 30'

0,40 0.40 0,21 0,13 00.40 0.41 0,22 0.13 2'

0,40 0.42 0,22 0,14 4'0,40 0,43 0,23 0,15 8'

0,40 0.43 0,23 0,15 15'

40 7,44 7,4

0.40 0,44 0,22 0,15 30'

0,70 0,62 0,31 0,18 0'0,70 0,60 0,33 0,19 2'

040 0,66 0,34 0,20 4'0,40 0,70 0,36 0,21 8'0,50 0,70 0,35 0,21 15-

60 11,16 11,2

0.50 0,71 0,36 0,21 30'

0,90 0,86 0,44 0,28 0'

0,90 0,89 0,46 0,29 2'0,90 0,91 0.48 0,30 4'0,90 0,92 0,49 0,30 8'

0,90 0,93 0,49 0,30 15

1.00 0,94 0,54 0,35 30

80 14,88 14,9

1,00 0,96 0,56 0,35 45'

1,20 1,14 0,67 0,42 0'1.20 1,16 0,68 0,43 2'1,20 1,18 0,70 0,43 4'

18,6 1.20 1,20 0,71 0,43 8'1,30 1,23 0,72 0,44 15'1,30 1,25 0,74 0,45 30'

1,30 1,28 0,77 0,47 40'

100 18,60

1.30 1,28 0,77 0,47 1h

1,50 1,46 0,86 0,53 0'1,50 1,48 0,88 0.54 2'

1,60 1,52 0,92 0,55 4'1,60 1.54 0,94 0,55 8'

1,60 1,54 0,94 0,55 15

12022.32 22,3

1,60 1,55 0,95 0.55 30


47/63

Tabela 12 - Continuao

Nveis Carga (t) Leit. Cel. Ivdtl (mm) deflet. 1(mm)

deflet.2 (mm) deflet. 3 (mm) Tempo

1,80 1,78 1,06 0,65 0'1.80 1.80 108 0.65 2'

1,80 1,81 1,09 0.64 4'1,90 1,82 1,11 0,65 8'

1,90 1,83 1,15 0,65 151,90 1,88 1.15 0,65 30

140 26,04 26,0

2,00 1.88 1,15 0,65 45'

2,20 2,09 1,29 0,71 0'2,20 2,10 1,31 0,72 2'2,20 2,11 1,32 0,72 4'

2,20 2,14 1,34 0,73 8'

2,30 2,14 1,39 0,73 15'160

29,76 29,8

2.30 2,14 1,40 0,73 30'

2,50 2,40 1,57 0,83 0'2,50 2,42 1,58 0,83 2'

2,50 2,42 1,60 0,83 4'2,60 2,42 1,62 0,84 8'2,70 2,45 1,61 0,85 15'

2,70 2,51 1,72 0,87 30'2,70 2,55 1,75 0,88 45'

2,70 2,56 1,77 0,89 50'

180 33,48 33,5

2,70 2.57 1,78 0,90 1h

2,90 2,80 1,97 0,96 0'2,90 2,82 2,00 0,97 2'

3,00 2,84 2,01 0,98 4'3,10 2,92 2,06 1,00 8'

3,10 2,99 2,14 1,03 15'3,20 3,05 2,18 1,04 30'3,40 3,17 2,26 1,08 1h

3,40 3,18 2,30 1,09 2h3,40 3,21 2,32 1,10 3h

37,2 3,50 3,29 2,39 1,15 4h

3,60 3,32 2,47 1,18 5h3,60 3,39 2,57 1,20 6h

3,80 3,49 2,71 1,23 8h

3,85 3,53 2,74 1,24 10h

200 37,20

3,90 3,58 2,78 1,25 12h

150 27,90 27,9 3,50 3,25 2,02 1,10 15'

100 18,60 18,6 3,00 2,65 2,01 0,90 15'50 9,30 9,3 2,30 2,11 1,47 0,68 15'

0 0,00 0,0 1,30 1,02 0,88 0,30 15'


48/63

Figura 2 - Curvas carga-recalque da Estaca P11

Figura 3 - Curva mdia carga-recalque da P11 e reta de critrio de ruptura (NBR 6122).


49/63

d) Frmulas Dinmicas

Estacas Cravadas

e = nega

e = penetrao para 10 golpes / 10

= coeficiente de restituio de Newton.

H = Retorno do pilo H = Altura de queda

tabelado

R = resistncia do solo capacidade de carga

Frmulas dinmicas calcular a Nega.

Radm frmulas estticas.

.

1..

2

1)1(...

E

R

MP

PHMHMeR

H

H'


50/63

e) Frmula dos Holandeses

F= 6 a 12

Exemplo:

M= 3t (pilo); P=2,7t (estaca); H=1,0m; e=3mm/golpe

F=6

)(.

.

MP

M

e

HMR

)(.

.

MP

M

R

HMe

)(.

..

1

MP

M

e

HM

FR

adm

1P

M3).1.(41

P

MK K Coef. de reduo

)7,23(

3.

3

1000.3.

6

1

tt

t

mm

mmtRadm

tRadm 7,87

17,2

3

t

t

P

M OK


51/63

M/P K

0,37 0

0,40 0,136

0,45 0,334

0,50 0,50

0,55 0,635

0,60 0,744

0,70 0,892

0,80 0,968

0,90 0,996

1,00 1,00

Repique = Deslocamento elstico medido no topo da estaca.

f) Frmula de Brix

g) Frmula de Redtenbacher

Z Para 10 golpes e = Z/10

Lpis

Repique

Nega

2)(

..4.

.

MP

PM

e

HMR

4 < F < 5

2)(

..4..

MP

PM

R

HMe

.

.

)(

.2.

.

E

l

MP

HMee

l

ER

F = 3 = rea

l = comprimento da estaca.


52/63

Ensaio de Integridade de Estacas (PIT

) - Conceitos Bsicos

Alessander C. Morales Kormann

Eng. Civil, D.Sc.

In Situ Geotecnia, Curitiba

RESUMO: A tcnica conhecida como ensaio de integridade de estacas (PIT)

apresentada. Com o objetivo de delinear os aspectos bsicos dessa ferramenta

de controle de qualidade de fundaes profundas, so abordados alguns de

seus fundamentos tericos, os procedimentos de execuo e noes de

interpretao. As vantagens e limitaes do ensaio de integridade so

discutidas, ilustrando-se sua aplicao atravs de exemplos prticos.

1. Introduo

Em fundaes profundas, a verificao da qualidade dos elementos

produzidos constitui-se em um desafio, pois os mesmos normalmente

encontram-se inseridos no terreno. Ao contrrio das peas que compem a

superestrutura de uma obra - as quais podem ser inspecionadas diretamente -

na maioria das vezes as fundaes so acessveis apenas ao longo de

extenses limitadas. A avaliao do estado fsico dos elementos - tais como

uniformidade e continuidade do material constituinte e geometria (seo

transversal e comprimento) - no uma tarefa simples.A execuo de uma estaca envolve condies essencialmente distintas

das que ocorrem nos pilares, vigas ou lajes de uma edificao. No caso de

fundaes moldadas in loco - ao invs de se lanar o concreto em formas

rgidas, bem delimitadas e livres da interferncia de gua - compete ao terreno

estabelecer os contornos das estacas. Operaes rotineiras, tais como a

vibrao do concreto, tornam-se inviveis em extenses considerveis dos

elementos de fundao. A presena de gua subterrnea e a natureza dossolos, constitudos por partculas ou aglomeraes destas - que podem se

desprender durante a perfurao e a concretagem das estacas, ocasionando a


53/63

contaminao do concreto, redues de seo ou mesmo interrupes dos

fustes - aumentam as dificuldades que devem ser superadas para a

implantao de uma fundao moldada in loco. No caso de estacas pr-

fabricadas, o processo de cravao gera esforos que podem excederlargamente as tenses a que os elementos estaro submetidos sob condies

de trabalho. Danos podem ocorrer durante sua instalao, como consequncia

de tenses de compresso ou de trao para as quais o elemento no foi

dimensionado. Aps a execuo, a integridade de uma fundao profunda

pode, eventualmente, ser prejudicada nas operaes de arrasamento, nos

trabalhos do canteiro de obras (por exemplo, trfego de veculos pesados) ou

ainda devido a movimentaes do terreno.A problemtica exposta acima tem motivado tanto o aperfeioamento

dos mtodos de execuo de fundaes profundas como o estudo de tcnicas

para o controle de qualidade dos elementos, aps sua implantao.

Uma fundao profunda pode ser inspecionada, por exemplo, mediante

a simples escavao do terreno. Esse procedimento - obrigatrio no caso das

estacas moldadas in loco (ABNT, 1996) - tem como vantagem permitir a

observao direta das condies de algumas estacas da obra. Entretanto, alimitao da profundidade que pode ser alcanada leva, na maioria das vezes,

apenas a um exame parcial do fuste. Outros procedimentos envolvem o uso de

tcnicas de sondagens rotativas, para a extrao de testemunhos do concreto

das estacas, ou mesmo provas de carga estticas ou dinmicas.

Para a avaliao da integridade estrutural de fundaes profundas, a

tendncia internacional tem contemplado o desenvolvimento de mtodos

indiretos e no-destrutivos, que se baseiam principalmente em fundamentos deemisso e recepo de ondas acsticas. So exemplos dessas tcnicas o

ensaio de integridade de estacas (Pile Integrity Test - PIT) e o cross hole

(Cross Hole Sonic Logging - CSL). Os itens subsequentes apresentam

conceitos bsicos da ferramenta mais difundida - o ensaio de integridade (PIT).

2. Princpios Fsicos e Execuo do Ensaio

O ensaio de integridade tornou-se disponvel a partir da dcada de 1980,tendo sido desenvolvido inicialmente na Europa, devido crescente demanda


54/63

por estacas moldadas m loco, e posteriormente nos Estados Unidos.

Conhecido tambm como ensaio de baixo nvel de deformao (Low Strain

Testing- LST) ou ensaio de integridade snico (Sonic Integrity Test- 577), no

meio tcnico nacional difundiu-se o emprego do termo PIT9

que na realidade

a denominao do equipamento produzido nos EUA (Pile Dynamics, 1998).

A execuo do ensaio de integridade (PIT) consiste no posicionamento de um

acelermetro no topo da estaca, e na aplicao de alguns golpes com um

martelo de mo (Figura 4). Uma unidade porttil permite a aquisio e a

visualizao das informaes registradas pelo acelermetro, que so

denominadas sinais ou reflectogramas.Aps o impacto do martelo, o pulso de

compresso resultante se propaga ao longo da estaca. Quando a onda alcanaa ponta do elemento, uma reflexo gerada, a qual faz ento o caminho de

volta, se deslocando para o topo. Reflexes ocorrem tambm quando o pulso

encontra em seu caminho variaes de seo transversal ou de propriedades

do material (mdulo de elasticidade, peso especfico). O acelermetro permite

registrar continuamente as respostas subsequentes ao golpe do martelo, at

que sua energia esteja completamente dissipada. Conhecendo-se a velocidade

com que a onda se propaga no material da estaca, pode-se calcular a posiode um eventual dano com base no tempo transcorrido entre o impacto do

martelo e a chegada da reflexo correspondente.

Para a execuo do ensaio de integridade, no necessrio que o topo

da estaca esteja na cota de arrasamento, mas importante eliminar todo o

concreto de m qualidade eventualmente existente. O arrasamento deve ser

realizado com o devido cuidado, empregando-se marteletes leves ou, no caso

de operao manual, observando-se que o ponteiro esteja na posiohorizontal ou ligeiramente voltado para cima. Deve-se notar que trincas ou

fissuras decorrentes do arrasamento, bem como concreto solto, podem

interferir na qualidade dos sinais monitorados. Na sequncia, alguns pontos

devem ser tratados com uma lixadeira eltrica, de modo a se obter superfcies

lisas e planas, livres das asperezas comumente encontradas no concreto. Esse

preparo tem a finalidade de permitir a fixao do acelermetro - geralmente

efetuada mediante o uso de uma cera apropriada - e a aplicao dos golpes domartelo em regies regulares, isentas de arestas e detritos. Em hiptese


55/63

alguma se pode empregar argamassa para a regularizao do topo da estaca.

A presena de gua no inviabiliza a execuo do ensaio, desde que os pontos

em que o acelermetro ser posicionado estejam secos - um maarico pode

ser utilizado com a finalidade de eliminar a umidade no topo da estaca. Naseleo dos pontos para o preparo, deve-se evitar a periferia da estaca ou

interferncias com a armadura. No caso de estacas de grandes dimenses,

importante ensaiar todos os quadrantes do elemento.

Figura 4 - Execuo de um ensaio de integridade e representao do princpio fsico.

recomendvel que as estacas a ensaiar tenham sido concretadas h

pelo menos sete dias. Previamente execuo do ensaio propriamente dito,

algumas informaes so digitadas na unidade de processamento, tais como

nmero da estaca, comprimento ensaiado e seo transversal efetiva no topo.

Com o acelermetro posicionado, so desferidos alguns golpes do martelo (por

exemplo, seis), para que seja possvel o clculo de um sinal mdio. Em

seguida, interessante deslocar o acelermetro e o martelo para outras

posies, repetindo-se o processo de aplicao de golpes, de modo a se cobrir

uma poro representativa da seo transversal da estaca. O procedimento de

aquisio dos sinais , em geral, bastante rpido. Aps os trabalhos de campo,

os dados das estacas podem ser interpretados preliminarmente na prpria

unidade de aquisio. Entretanto, normalmente os sinais so transferidos para

um computador, empregando-se programas especficos para a anlise.

3. Interpretao


56/63

Embora os equipamentos eletrnicos do ensaio de integridade tenham

se popularizado ao longo dos ltimos vinte anos, seus fundamentos tericos

foram desenvolvidos h bastante tempo. Por exemplo, D'Alembert apresentou

em 1747 uma soluo para a equao que descreve a propagaounidimensional de uma ao mecnica em uma barra. Trabalhos como os de

Timoshenko e Goodier, publicado em 1951, e de Timoshenko e Young, de

1955, apresentam solues clssicas, aplicveis ao problema do impacto em

uma estaca. Uma importante contribuio foi dada por Smith (1960), que

alavancou o uso de mtodos numricos e do computador nas aplicaes de

engenharia de fundaes.

A onda gerada no impacto do martelo se propaga na estaca com umavelocidade c, a qual dada pela seguinte expresso:

sendo Eo mdulo de elasticidade dinmico do material e a massa especfica.

Em estacas de concreto, as velocidades de propagao de onda associadas

aos nveis de deformao do ensaio de integridade situam-se usualmente entre

3500 e 4300 m/s. Caso sejam conhecidos o comprimento L da estaca e o

tempo T que o pulso leva para alcanar a ponta e retornar ao topo, pode-se

calcular uma velocidade de propagao mdia a partir da relao:

Conforme mencionado no item anterior, sempre que a onda gerada pelo

martelo encontra mudanas de seo transversal (A) ou de propriedades do

material, ocorrem reflexes. Mais precisamente, essas reflexes aparecem

quando a estaca apresenta variaes de impedncia Z, a qual definida da

seguinte forma:

Ec Equao 1

T

Lc 2 Equao 2

c

AE

Z

.

Equao 3


57/63

As leituras de acelerao monitoradas nos golpes so usualmente

integradas ao longo do tempo. O resultado tpico do ensaio consiste em um

sinal, obtido a partir da mdia de diferentes golpes, que expressa a evoluo

da velocidade no topo com o tempo. Para facilitar a localizao das variaesde impedncia ao longo da estaca, usual se converter os tempos em uma

escala de comprimentos, mediante a relao expressa pela equao 2. Os

sinais considerados representativos da estaca podem ser trabalhados com

programas especficos, introduzindo-se amplificaes, teis para melhorar a

visualizao das velocidades correspondentes aos trechos mais distantes do

topo, e filtros de alta ou baixa frequncia, que eliminam interferncias

indesejveis nos sinais. Recursos adicionais de interpretao incluem anlisesno domnio da frequncia e programas que, baseando-se em dados de volume

do elemento e na integrao dos sinais, procuram esboar um possvel perfil

da estaca.

Para exemplificar os princpios de interpretao dos sinais do P/r, a

Figura 5 traz alguns sinais hipotticos de velocidade, correspondentes a

geometrias de estaca bem definidas, com atrito lateral constante. O eixo

horizontal representa tempos ou, com base na equao 2, comprimentos. NaFigura 5a tem-se uma estaca uniforme. No incio do sinal, devido ao impacto do

martelo, a velocidade experimenta um aumento. Como no h variaes de

impedncia, medida que o pulso se desloca pela estaca o sinal mantm-se

essencialmente constante. Ao encontrar a ponta, a onda compressiva se reflete

como trao, dirigindo-se ento para o topo. Quando a reflexo atinge o topo,

as partculas da estaca so "puxadas" para baixo - em outras palavras,

aceleradas , o que provoca um novo aumento na velocidade. A geometriauniforme da estaca permite que a resposta da ponta resulte bastante clara,

evidenciando que a onda gerada pelo martelo foi capaz de se deslocar at o

extremo do elemento e retornar ao topo, sem interferncias.

A Figura 5b exemplifica uma estaca com estreitamento. Quando a onda

compressiva gerada pelo martelo alcana a reduo de seo, parte do pulso

se reflete como uma onda de trao, a qual se propaga em direo ao topo,

provocando um acrscimo na velocidade. Reflexes secundrias aparecem em


58/63

seguida, sendo difcil distinguir a reflexo da ponta da estaca. O sinal possui

um padro distinto do esperado para uma estaca ntegra (Figura 5a).

Na Figura 5c tem-se o caso de um alargamento. Ao encontrar o aumento de

impedncia, a onda gerada pelo martelo produz reflexes compressivas, que

ao chegarem ao topo "empurram" as partculas da estaca para cima. Em outras

palavras, a acelerao e a velocidade tornam-se negativas. Assim, na posio

correspondente ao alargamento, o sinal de velocidade aponta para baixo - tal

comportamento o oposto que ocorre na presena de um estreitamento

(Figura 5b). Reflexes secundrias aparecem em seguida, sendo que nesse

exemplo possvel identificar a resposta da ponta da estaca.

Figura 5 - Exemplos de sinais de velocidade para geometrias simplificadas de estaca.

Evidentemente, os sinais usualmente coletados em campo no so to

simples como os ilustrados na Figura 5. O concreto pode apresentar variaes

em suas propriedades mecnicas e a seo das estacas dificilmente resulta


59/63

constante ao longo do comprimento. O atrito lateral das diferentes camadas em

contato com o fuste tambm introduz reflexes nas ondas medidas.

Na Figura 6 apresenta-se o ensaio de uma estaca hlice-contnua

ntegra, com 90 cm de dimetro nominal e 12,5 m de comprimento.Inicialmente, pode-se observar o aumento da velocidade no topo da estaca,

resultante da aplicao do golpe do martelo. medida que a onda se desloca

em direo ponta, pequenas reflexes aparecem, associadas a ligeiras

variaes de impedncia e influncias do atrito lateral. Nesse exemplo, a

reflexo da ponta claramente identificada.

O ensaio representado na Figura 6 envolveu o uso de um recurso

adicional, que consiste em um martelo instrumentado com acelermetro. Comoa massa do martelo conhecida, possvel calcular a fora aplicada no golpe.

Esse procedimento auxilia a identificao de variaes de impedncia muito

prximas ao topo da estaca, pois as reflexes dessa regio podem se confundir

com o pulso inicial de velocidade. Para efeito de interpretao, representa-se o

sinal de fora dividido pela impedncia, juntamente com o sinal de velocidade.

Quando o sinal correspondente fora resulta abaixo do sinal de velocidade,

tem-se uma reduo de impedncia prximo ao topo. O contrrio indica apresena de um aumento de impedncia.

A Figura 7 traz outro exemplo, referente a uma obra industrial em que a

soluo de fundao contemplou estacas escavadas do tipo broca mecnica.

Os sinais do ensaio de integridade (Figura 7a) foram coletados em uma estaca

com 25 cm de dimetro nominal e 6,0 m de comprimento. Logo aps o golpe

do martelo, a velocidade (linha cheia) apresenta um acrscimo inesperado,

com uma srie de reflexes secundrias conferindo ao sinal um aspectoerrtico. O diagnstico indica um dano, situado a pouco mais de 100 cm do

topo. Cerca de 1/3 do estaqueamento da obra apresentou um comportamento

semelhante ao do sinal da Figura 7a. Escavaes foram conduzidas para

investigar os problemas acusados pelo ensaio de integridade. A inspeo das

estacas confirmou os danos, conforme ilustrado na Figura 7b. Os defeitos em

questo foram atribudos operao inadequada de uma retro-escavadeira

utilizada na abertura das cavas dos blocos de fundao - e ao trfego decaminhes sobre o estaqueamento. Aps a remoo dos segmentos


60/63

danificados, a repetio dos ensaios de integridade mostrou a adequao das

pores remanescentes das estacas. A soluo consistiu na execuo de

prolongamentos de concreto armado.

4. Vantagens e Limitaes

O ensaio de integridade tornou-se popular devido simplicidade de sua

execuo. Frequentemente, o PITacaba sendo a nica alternativa prtica paraa avaliao da integridade de um estaqueamento.

Quando as estacas encontram-se preparadas, no incomum se

conduzir mais de 50 ensaios em um nico dia de trabalho. Como

consequncia, o custo por estaca acaba resultando baixo. Qualquer elemento

da fundao pode ser selecionado, no se fazendo necessrio definiraprorias

estacas que tero sua integridade verificada. O ensaio no-destrutivo, sendo

possvel testar a totalidade das fundaes de um empreendimento. Durante aexecuo, o PITconsome um mnimo de recursos do canteiro de obras, pouco

interferindo no andamento dos demais servios. A facilidade de transporte do

equipamento permite sua operao nas mais variadas condies. O PITpode

ser utilizado tambm em aplicaes especiais - um exemplo a pesquisa do

comprimento de fundaes antigas. Entretanto, como toda ferramenta, o ensaio

de integridade possui limitaes.

A energia do golpe do martelo tende a se dissipar gradualmente, emfuno de efeitos de amortecimento que ocorrem no prprio material da estaca

e, principalmente, devido ao do atrito lateral do terreno. Tradicionalmente,

o comprimento de estaca at onde se consegue obter bons resultados

corresponde a um embutimento inferior a 30 vezes o dimetro. Os sistemas de

aquisio desenvolvidos mais recentemente, que incluem dispositivos de 16

bits, podem reduzir os rudos dos sinais e aumentar a preciso das medies,

permitindo ensaiar estacas com relaes entre comprimento e dimetro


61/63

superiores a 30 (Likins e Rausche, 2000). De qualquer forma, estacas muito

longas ou esbeltas podem ser apenas parcialmente investigadas com o PIT.

Figura 6 - Sinal tpico do PIT - estaca hlice-contnua ntegra


62/63

Figura 7 - Sinais do PIT e inspeo visual - estaca escavada (tipo broca mecnica)

danificada.

H situaes em que as informaes obtidas com o PITpodem resultar

incompletas. No caso de estacas pr-fabricadas compostas por mais de um

segmento, a onda de compresso gerada pelo martelo pode no ser capaz de

ultrapassar a primeira emenda, dificultando a identificao da resposta do

restante do elemento. Outra situao em que o ensaio pode no ser conclusivo

diz respeito a fundaes cujo processo construtivo produz variaes de seo

significativas - um exemplo tpico o das estacas raiz. Nesse caso, as

reflexes causadas pela primeira mudana brusca de seo tendem a tornar

muito difcil um diagnstico das pores inferiores da estaca. O ensaio tambm

possui aplicao limitada em estacas metlicas. Independentemente do tipo de

fundao profunda, o PITpode no ser capaz de detectar defeitos de pequena

extenso em comparao com o comprimento do pulso gerado pelo martelo,

variaes graduais de impedncia e danos prximos ponta da estaca.

Apesar de sua simplicidade operacional, a interpretao dos sinais do

PITpode se tornar bastante complexa. Conforme exposto no item 3, o ensaio

de integridade identifica variaes de impedncia. Conseqlentemente, no

possvel diferenciar se eventuais danos diagnosticados constituem-se em

redues de seo transversal ou em alteraes nas propriedades do concreto

(mdulo de elasticidade ou peso especfico). De qualquer forma, uma reduo

de impedncia significa uma regio com material de qualidade inferior. Deve-se

notar tambm que o PITno permite uma quantificao precisa da intensidade

das mudanas de impedncia. Os sinais monitorados podem indicar "danos"

que, na realidade, no comprometem a utilizao da estaca.


63/63

Variaes de atrito lateral tambm produzem reflexes, sendo

importante comparar a tendncia dos sinais monitorados com o perfil

geotcnico da obra. H situaes em que as estacas apresentam alargamentos

em camadas menos competentes e retornam dimenso nominal quando solomais resistente atravessado. Nesses casos, a interpretao pode resultar

incorreta se as condicionantes geotcnicas no forem devidamente

consideradas. A comparao entre os sinais das diferentes estacas de uma

obra permite definir padres de comportamento, os quais podem ser teis para

melhorar a preciso dos diagnsticos. Caso o mapeamento das fundaes com

o PITindique anomalias, deve-se procurar agregar informaes adicionais (por

exemplo, o histrico da execuo das fundaes) para a tomada de decises.

5. Concluses

A verificao da integridade de uma fundao profunda no uma tarefa

simples. Dentre as poucas alternativas disponveis, o ensaio de integridade

(PIT) muitas vezes se constitui na nica maneira prtica de se avaliar o estado

fsico de um estaqueamento. O conhecimento das vantagens e limitaes

dessa importante ferramenta fundamental para que seu potencial sejadevidamente explorado. Antes de se encarar o PIT como uma forma de

procurar "defeitos" apenas quando h a suspeita de situaes anmalas,

benefcios podem ser obtidos utilizando-se o ensaio na avaliao qualitativa

das condies de um estaqueamento, como parte integrante de um processo

de controle de qualidade de fundaes profundas.

Referncias

ABNT (1996). NBR 6122 - Projeto e execuo de fundaes, Associao Brasileira de Normas

Tcnicas, Rio de Janeiro.

7 Fundacoes Profundas Carga Admissivel

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