análise do controle de energia em estacas hc pela metodologia sccap.pdf
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ANLISE DO CONTROLE DE ENERGIA EM ESTACAS HLICE
CONTNUA PELA METODOLOGIA SCCAP
ALEXANDRE DUARTE LEITE DA SILVA
Projeto de Graduao apresentado ao Curso de Engenharia
Civil da Escola Politcnica, Universidade Federal do Rio
de Janeiro, como parte dos requisitos necessrios
obteno do ttulo de Engenheiro.
Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger
RIO DE JANEIRO
MARO de 2014
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ANLISE DO CONTROLE DE ENERGIA EM ESTACAS HLICE
CONTNUA PELA METODOLOGIA SCCAP
Alexandre Duarte Leite da Silva
PROJETO DE GRADUAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA CIVIL DA ESCOLA POLITCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSRIOS PARA A OBTENO DO GRAU DE ENGENHEIRO CIVIL.
Examinado por:
______________________________________________
Prof. Fernando Artur Brasil Danziger, D.Sc.
______________________________________________
Prof. Francisco de Rezende Lopes, Ph.D.
______________________________________________
Prof. Gustavo Vaz de Mello Guimares, M.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
MARO DE 2014
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Duarte Leite, Alexandre
Anlise do controle de energia em estacas hlice contnua pela
metodologia SCCAP/ Alexandre Duarte Leite da Silva. - Rio de
Janeiro: UFRJ/ Escola Politcnica, 2014.
ix, 140 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger
Projeto de Graduao - UFRJ/ Escola Politcnica/ Curso de
Engenharia Civil, 2014.
Referncias Bibliogrficas: p. 130-140
1. Controle de qualidade.
2. Estaca hlice contnua.
3. Energia de perfurao.
4. Metodologia SCCAP
I. Danziger, F.A.B.
II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, UFRJ, Escola
Politcnica, Curso de Engenharia Civil.
III. Ttulo.
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Ao amor, dedicao e apoio durante todos esses anos, de minha noiva Nicole.
Aos meus sogros, Marco e Mrcia, sua me Clia e minha cunhada, Aline, por todo
amor e compreenso que tiveram comigo durante todos esses anos.
minha me, Rosangela e minha tia, Rosamaria, pelo apoio em meus estudos e
dedicao em minha criao.
Ao meu pai, eng. Leite, por todos os conselhos e por despertar em mim a vontade de ser
engenheiro e sua esposa, Norma, por todo o carinho que tem comigo.
Ao meu irmo, Pedro, pelos momentos de alegria e companheirismo.
minha tia, Elza, e meus primos, Anita e Gustavo, pela ajuda e compreenso nos
momentos bons e ruins.
Em memria de minha bisav, Albertina Duarte e de meu tio, Jos Antnio Duarte.
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AGRADECIMENTOS
Aos integrantes da banca avaliadora, prof. Francisco de Rezende Lopes, prof.
Gustavo Vaz de Mello Guimares e prof. Fernando Artur Brasil Danziger, pela presena
na defesa do presente trabalho, permitindo a concluso deste projeto de graduao.
Agradeo especialmente ao meu orientador, prof. Fernando Artur Brasil Danziger, pela
indicao do tema, reviso do texto, pela ateno com que me atendeu em todas as
vezes em que o procurei e principalmente, por despertar em mim o interesse pela rea
geotcnica.
A todos os professores pelo valioso conhecimento transmitido. Em especial aos
professores Ricardo Antonini, Cludia Eboli, Fernando Danziger, Gustavo Vaz, Marcos
Barreto, Leonardo Becker, Alosio Pina, Andr Avelar, Michle Pfeil, Sergio
Hampshire, Martinho, Ian Schumann, Maria Cristina, Couto, Batista, Laura Motta e
Gilberto Fialho.
Agradeo a toda a minha famlia pelo apoio e por ter proporcionado minha
continuidade nos estudos.
Agradeo tambm famlia da minha noiva, que considero como minha famlia
tambm, por toda a ajuda, compreenso e amor que deles recebi.
Em especial, agradeo minha noiva, Nicole, por estar sempre ao meu lado,
ajudando de todas as maneiras possveis, dando fora, incentivando, aconselhando e me
mantendo firme nos momentos mais difceis. Muito do que sou hoje devo a ela.
Aos meus amigos (Matheus, Igor, Lus Fernando, Nelson, Vitor, Bernardo e
Erlon), e todos os que estiveram comigo ao longo da graduao, pelas conversas, pelos
estudos, pela troca de experincias e principalmente pela amizade que levarei comigo
em minha vida.
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Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica/UFRJ como parte
dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro Civil.
Anlise do controle de energia em estacas hlice contnua pela metodologia SCCAP
Alexandre Duarte Leite da Silva
Maro/2014
Orientador: Fernando Artur Brasil Danziger
Curso: Engenharia Civil
O controle de execuo de estacas hlice contnua crucial, pois o desempenho
afetado pelos procedimentos executivos adotados, e os efeitos causados so de difcil
mensurao. A metodologia para o controle de qualidade abordado nesse trabalho tem o
objetivo de possibilitar a verificao in situ das estacas hlice contnua quanto
capacidade de carga e deformabilidade, ainda na etapa de perfurao das estacas. A
metodologia aplicada permite que tomadas de deciso sejam feitas, durante a execuo
das estacas, baseando-se em dados de energia medidos e correlaes com provas de
carga. O trabalho apresenta a metodologia SCCAP e suas bases tericas, exaltando as
vantagens e desvantagens de seu uso para o controle de estaqueamentos. A influncia na
capacidade de carga e na deformabilidade das estacas em funo das atividades de
perfurao e concretagem analisada. Utilizaram dos dados experimentais obtidos na
tese de doutorado de Silva (2011) e os conceitos adquiridos ao longo do curso, com a
preocupao de estimular a realizao de controle de qualidade nas estacas hlice
contnua.
Palavras-chave: SCCAP, Controle executivo, estacas tipo hlice contnua, energia.
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Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Engineer.
Analysis on the control of energy of continuous flight auger piles by SCCAPs
methodology
Alexandre Duarte Leite da Silva
March/2014
Advisor: Fernando Artur Brasil Danziger
Course: Civil Engineering
The control of the execution of CFA piles is crucial, because the performances of the
piles are affected by the executive procedures adopted, and the effects caused are hard
to be measured. The adressed methodology for the quality control in this paper has the
objective to enable the in situ verification of the boring piles, in special for continuous
flight auger piles, concerning the bearing capacity and deformability. The applied
methodology permits that decisions can be made, during the drilling step of the piles,
based in energy data measured and correlations with load tests. The paper presents the
SCCAPs methodology and its theorical bases, remarking the advantages and
disadvantages of its use on the control of the piles. The influence in the bearing
capacity and in deformability according the drilling step and concreting step is analysed.
It was used the experimental data obtained in Silva (2011) and concepts acquired along
of this course, worried in stimulate the performing of quality control in CFA piles.
Keywords: SCCAP, Executive control, continuous flight auger, energy.
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SUMRIO
1 Introduo .................................................................................................. 1 1.1 Generalidades ................................................................................................................. 1 1.2 Objetivos ......................................................................................................................... 3 1.3 Apresentao do trabalho ............................................................................................... 4
2 Reviso bibliogrfica ................................................................................. 5 2.1 Controle de qualidade dos estaqueamentos .................................................................... 5 2.2 Mtodo probabilstico (anlise de confiabilidade) ......................................................... 6 2.3 Estacas tipo hlice contnua ............................................................................................ 8
2.4 Estaqueamentos escavados controlados atravs da energia .......................................... 13 2.5 Influncia da Variabilidade Geotcnica ........................................................................ 16
2.6 Incertezas em obras geotcnicas ................................................................................... 17 2.7 Ensaios de Campo ......................................................................................................... 19 2.8 Capacidade de carga e carga admissvel ....................................................................... 20 2.9 Desempenho das fundaes .......................................................................................... 24
2.10 Efeitos causados pela presena da tenso residual em provas de carga ....................... 24 2.11 Anlise de provas de carga (curvas carga x recalque) .................................................. 26
3 Descries e Anlises ............................................................................... 31 3.1 Descrio simplificada da metodologia SCCAP e regio de realizao da
pesquisa ......................................................................................................................... 31
3.2 Aspectos geolgicos, geotcnicos e pedolgicos ......................................................... 31
3.3 Caracterizao fsica e mineralgica ............................................................................ 33 3.4 Energia e Trabalho ........................................................................................................ 35 3.5 Processo de escavao e aquisio de dados ................................................................ 40
3.6 Rotinas bsicas aplicadas ao monitoramento de estacas escavadas ............................. 42 3.7 Definio e importncia da velocidade crtica de perfurao ....................................... 46
3.8 Definio e importncia da velocidade crtica de concretagem ................................... 47 3.9 Importncia do tratamento estatstico ........................................................................... 48 3.10 Conceito de confiabilidade dos estaqueamentos .......................................................... 51
3.11 As rotinas utilizadas pela metodologia SCCAP ........................................................... 51 3.12 ndice de confiabilidade ................................................................................................ 54
3.13 Relao capacidade de carga x energia......................................................................... 57
3.14 Provas de carga ............................................................................................................. 58
3.15 Mtodos de interpretao e de extrapolao de curvas carga-recalque obtidas em provas de carga esttica ................................................................................................ 61
3.15.1 Mtodo de Van der Veen (1953) ................................................................................... 61 3.15.2 Conceito de Rigidez, Dcourt (1996) ........................................................................... 63 3.15.3 Camapum de Carvalho et al. (2008 e 2010) ................................................................. 64
3.15.4 Metodologia da NBR 6122 (ABNT, 2010): ................................................................... 65 3.16 Desempenho aplicado s estacas tipo hlice contnua. ................................................. 67
4 Anlise DOS Resultados ......................................................................... 72 4.1 Procedimentos seguidos ................................................................................................ 72 4.2 Caracterizao geotcnica e mineralgica .................................................................... 73
4.3 Fatores que influem nas anlises de provas de carga instrumentadas. ......................... 80
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4.4 Resultados e anlises das provas de carga instrumentadas ........................................... 84
4.4.1 Stio 2 ............................................................................................................................ 84 4.4.2 Stio 10 .......................................................................................................................... 89 4.4.3 Stios 11 e 12 ................................................................................................................. 92 4.5 Influncia da presso de injeo no desempenho das estacas hlice contnua. ............ 97 4.6 Controle de estaqueamentos pela medio de energia requerida para execuo de
estacas ......................................................................................................................... 107 4.7 Metodologia SCCAP .................................................................................................. 122
5 Concluses E SUGESTES PARA FUTURAS PESQUISAS.......... 126 5.1 Concluses .................................................................................................................. 126 5.2 Sugestes para futuras pesquisas ................................................................................ 129
6 Referncias bibliogrficas .................................................................... 130
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1 INTRODUO
1.1 Generalidades
Os atuais mtodos existentes e aplicados na prtica quanto ao controle de
qualidade das fundaes escavadas em geral so escassos e tm pouca base terica
(Silva, 2011). A previso de comportamentos e os controles de execuo so baseados
fortemente no empirismo, a isto se somam as incertezas inerentes aos solos, falta de
estudos preliminares mais completos sobre os subsolos e desvios entre projeto e
execuo. Silva (2011) defende um controle mais rigoroso na etapa de execuo dos
estaqueamentos escavados, usando para isso a metodologia SCCAP (anagrama para
Silva, Camapum de Carvalho, Arajo e Paolucci). Mesmo com as evolues nos
mtodos de previso de comportamento e nas modelagens computacionais e
matemticas, aquele autor enfatiza a necessidade do desenvolvimento de novos mtodos
que possam orientar e corrigir procedimentos durante a etapa de execuo em campo,
esta preocupao quanto etapa construtiva compartilhada por diversos autores, entre
eles Mandolini (2002).
As anlises de segurana em fundaes so feitas, geralmente, apenas na etapa
de projeto, com mtodos carregados de determinismos, assumindo alguns parmetros
envolvidos como sendo verdadeiros para todo o perfil de solo (como se o macio fosse
homogneo), e os mtodos de clculo como absolutamente corretos, mesmo sendo
realizados para um modelo que tenta retratar a realidade. Um controle de qualidade mais
efetivo permitiria a tomada de deciso no ato da execuo, caso houvesse algum
problema, conferindo maior confiabilidade obra, certificando o estaqueamento
conforme o projeto e atestando seu desempenho usando bases mais confiveis.
A metodologia SCCAP, analisada no presente trabalho, baseia-se na correlao
da capacidade de carga da estaca, sua deformabilidade e os resultados obtidos no ensaio
SPT com a energia medida para executar um furo para execuo de uma estaca
escavada. Alm disso, o mtodo usa um tratamento probabilstico associado,
objetivando controlar a variao de energias demandadas para escavar estacas
semelhantes de um mesmo estaqueamento, criando critrios de aceitao baseados em
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parmetros probabilsticos que limitam a energia mnima que deve ser superada, para
que o comportamento das estacas seja semelhante ao comportamento das estacas da
amostra. Para aferir os resultados obtidos pelo SCCAP, Silva (2011) usou um banco de
dados dos resultados obtidos em diversas provas de carga esttica e previses baseadas
nos mtodos semiempricos baseados no ensaio SPT. Segundo Silva (2011) possvel a
extenso da mesma ideia para o controle executivo de estacas escavadas em geral,
havendo tambm a possibilidade de expanso para furos de tneis (executados com
tuneladoras do tipo TBM), desde que se entendam as foras atuantes no processo de
escavao e seja possvel a mensurao dessas foras, bem como os deslocamentos
associados elas, possibilitando o clculo da energia necessria para execuo dos
furos.
Atrelada a uma melhoria na campanha de reconhecimento dos subsolos, para
melhor conhecer seu comportamento geotcnico, esse mtodo visa controlar a execuo
da estaca hlice contnua, certificando a execuo em relao ao projeto, conferindo
melhor desempenho da fundao nos quesitos segurana e economia. Adicionalmente,
deve-se levar em considerao o comportamento da superestrutura e do sistema solo-
fundao, que so essenciais para o desempenho da fundao.
Entender e medir o consumo de energia durante o processo de escavao de uma
estaca muito importante para o controle, em tempo real, do estaqueamento como um
todo. O ponto de partida utilizar caractersticas estatsticas de uma amostra de um
estaqueamento ou de um banco de dados aferido e a partir dessa amostra energtica
comparar com, as j consagradas, formas de estimativa da capacidade de carga e, assim
estabelecer uma relao que se mostre aceitvel e que possa ser usada para interpretar os
dados sobre a energia gasta para a execuo da estaca tipo hlice contnua.
Por ser um mtodo baseado na correlao entre energia necessria para executar
a escavao para execuo da estaca tipo hlice contnua e a capacidade de carga real
que esta fundao ter, a energia medida deve ser tratada como varivel aleatria,
sofrendo tratamentos probabilsticos para melhor calibrar a relao.
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1.2 Objetivos
So os seguintes os objetivos do presente trabalho:
i. Entender e discutir essa nova metodologia (SCCAP) para controle
executivo de estacas escavadas (focando em estacas tipo hlice
contnua), baseada em conceitos fsicos bem conhecidos e tratamentos
estatsticos. Entender as vantagens do uso do mtodo que pode ser usado
in loco para acompanhar e controlar em tempo real a execuo do
estaqueamento e certificar cada estaca, atestando sua adequao ao
projeto. O mtodo baseia-se, como j comentado, na medio da energia
necessria para a escavao de uma estaca e posterior comparao com
critrios de aceitao para verificar se a energia gasta para executar a
estaca aceitvel ou no e, consequentemente, se a capacidade de carga
real da estaca executada est de acordo com o requerido pelo projeto.
ii. Entender como se procede escavao por estaca hlice contnua e a
partir desse entendimento (processo executivo, etapas operacionais e
funcionamento do maquinrio), conhecer as foras que atuam durante a
escavao, para assim poder quantificar a energia empenhada na
execuo das estacas hlice.
iii. Entender como alguns tipos de solo influem no comportamento mecnico
das estacas e na transferncia de carga ao solo, na importncia da presso
de concretagem, na interao solo-fundao e no entendimento dos
resultados obtidos em provas de carga.
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1.3 Apresentao do trabalho
O presente trabalho ficou dividido em cinco captulos, cujos contedos so:
Captulo 1 Apresentao da introduo ao tema, objetivo do trabalho,
importncia e motivao do controle de execuo analisado.
Captulo 2 - Apresenta a reviso bibliogrfica, onde so mostradas as teorias,
classificaes e principais conceitos utilizados nas discusses presentes em todo o
trabalho. Aborda tambm um breve histrico sobre as estacas tipo hlice contnua.
Captulo 3 - Descreve o mtodo SCCAP e analisa criticamente os conceitos
introduzidos nele e os procedimentos utilizados pelo software.
Captulo 4 - Concentra-se em mostrar os resultados obtidos por Silva (2011) e
as anlises efetuadas, fazendo observaes adicionais e discutindo algumas partes com
base em diversos outros autores.
Captulo 5 Concluses do trabalho e sugestes para futuras pesquisas.
Ao final deste trabalho so apresentadas as referncias bibliogrficas.
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2 REVISO BIBLIOGRFICA
2.1 Controle de qualidade dos estaqueamentos
Sabe-se que, simplificadamente, as provas de carga podem ser divididas entre
provas de carga esttica ou dinmica e, a realizao de provas de carga para todas as
estacas do estaqueamento consome muito tempo e economicamente invivel. Alguns
ensaios usados como controle de qualidade em estacas (PDA, grfico RMX/DMX, PIT)
podem ser utilizados, mas tambm invivel economicamente faz-los em todas as
estacas de um estaqueamento. Segundo Silva (2011), o ensaio de PIT seria uma opo
mais vivel para ensaiar os estaqueamentos das obras, j que dentre os mtodos de
ensaio de integridade disponveis, o PIT o mais rpido e o que exige menor preparo
prvio da estaca, porm com uso mais voltado para a verificao da integridade das
estacas, o ensaio de PIT controvertido, sendo mais til na deteco de grandes defeitos
na concretagem das estacas do que na deteco de todos os possveis defeitos.
Mandolini (2002) afirma que tanto a capacidade de carga quanto a
deformabilidade de estacas tipo hlice contnua so fortemente influenciadas pelo tipo
de equipamento usado durante a etapa executiva da estaca e pelo operador da mquina.
Logo, o acompanhamento da execuo de estacas hlice contnuas, por engenheiro
geotcnico capacitado, deveria ser mais comum, pois um ponto crucial para o
desempenho futuro de cada estaca e, consequentemente, do estaqueamento como um
todo. As estacas tipo hlice contnua esto mais prximas de serem controladas de
maneira mais tcnica, isso porque j existem sistemas computacionais de
monitoramento executivo das estacas.
Ainda segundo Mandolini (2002), a importncia dada etapa executiva
subestimada na etapa de projeto, porm tem papel fundamental no desempenho da
estaca e, segundo ele, o uso de sistemas confiveis para monitorar e armazenar os dados
executivos das estacas tipo hlice contnua, gerados durante a execuo das mesmas,
altamente recomendado.
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Os equipamentos de monitoramento eletrnico das estacas hlice permitem
monitorar, conforme a fabricante do sistema de monitoramento (Geodigitus, site), os
seguintes parmetros: Profundidade da base da estaca em relao ao nvel do terreno /
Tempo transcorrido durante a penetrao da hlice no solo / Inclinao da torre /
Velocidade de penetrao da hlice / Velocidade de extrao da hlice / Presso da
injeo do concreto / Volume gasto de concreto / Sobreconsumo de concreto. Por serem
medidas experimentais, um cuidado que se deve ter (e negligenciado) a aferio e
constante calibrao do aparato usado para realizao das medies destes parmetros,
objetivando o aumento na confiabilidade das medidas. Segundo Silva (2011), esses
dados podem ser acompanhados em tempo real na cabine do equipamento de execuo
das estacas tipo hlice contnua, ou podem ser recebidas em um escritrio atravs da
transmisso dos dados (via GSM, tecnologia de telefonia mvel). Os dados medidos
geram grficos que podem ser analisados e interpretados para a avaliao e o controle
de qualidade de cada estaca componente do estaqueamento.
Segundo Almeida Neto (2002), apesar do monitoramento das estacas hlice j
medir o valor do sobreconsumo de concreto e a variao da seo transversal ao longo
da profundidade, a acurcia dessas medidas discutvel. Imprecises e erros nos dados
fornecidos pela monitorao podem ocorrer por diversos motivos, destacando-se o
sistema de monitorao mal calibrado, danos nos sensores, bomba de concreto no
calibrada, etc.
Segundo Velloso (1990), apenas a partir do controle executivo e do controle de
qualidade efetivo de uma obra que se pode avaliar e, consequentemente, aprovar ou
no a mesma, resguardando at mesmo o profissional/empresa responsvel pela obra.
2.2 Mtodo probabilstico (anlise de confiabilidade)
Este mtodo visa garantir a segurana do projeto baseando-se nas teorias de
probabilidade e estatstica, aplicando os conceitos diretamente nos projetos e
quantificando as incertezas. Segundo Silva (2011), geralmente, os projetos geotcnicos,
em especial os de fundaes, no consideram a variabilidade de maneira adequada. Por
exemplo, a capacidade de carga, quando estimada por meio analtico, usa parmetros de
resistncia do solo que so obtidos a partir de valores caractersticos ou minorados.
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Esses valores, por sua vez, se forem obtidos por uma quantidade reduzida de ensaios de
campo e de laboratrio, comprometem a representatividade dos parmetros. Esta prtica
aumenta a necessidade do uso de uma ferramenta com bases confiveis, que possa
medir o trabalho que est sendo executado, possibilitando ao executor saber se a estaca
escavada em execuo atende ou no as especificaes de projeto, com base em
critrios de aceitao.
Em engenharia tem-se a necessidade de quantificar os parmetros para, por meio
de modelos matemticos confiveis, fazer previses de comportamento, para assim
poder pensar e agir em prol da resoluo dos problemas futuros, que podem ou no vir a
acontecer. Especialmente no ramo de Geotecnia, a quantificao da maioria dos
parmetros dificultada, pois o meio de trabalho (solo) formado pela natureza, logo,
possui diversas variveis e incertezas. A segurana das fundaes, por exemplo, tem
diversas fontes de incertezas, tanto do lado das resistncias quanto do lado das
solicitaes atuantes nos elementos de fundao e, por esses motivos, a abordagem
probabilstica proporcionada pela anlise de confiabilidade muito til.
Ang e Tang (1984) salientam que um dos objetivos da engenharia garantir a
segurana e o desempenho satisfatrio das estruturas, durante sua vida til de projeto,
com o mximo de economia possvel, sem impactar a qualidade do projeto. Entretanto,
atingir esse objetivo geralmente no um problema simples, devido s inmeras
incertezas e variabilidades presentes (como j exposto). Portanto, sempre existir
alguma probabilidade de runa ou de mau desempenho por parte do objeto alvo de um
projeto. O que a abordagem probabilstica procura a quantificao desta segurana,
levando em considerao as incertezas inerentes a todo e qualquer projeto de
engenharia.
Ainda segundo Ang e Tang (1984), a segurana s pode ser atingida em termos
da probabilidade de que a capacidade resistiva ser suficiente para resistir mxima
ao ou combinao de aes que acontecero durante a vida til da estrutura.
Segundo Silva (2003), a anlise de confiabilidade ainda pouco usual no Brasil.
A autora, prope inclusive, uma formulao para clculo de carga admissvel de
estaqueamentos utilizando conceitos da teoria da confiabilidade, o que permitiria o
projeto da fundao levando em conta a probabilidade de runa tolerada.
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A maioria dos autores que estudam tal abordagem concorda que a segurana
tambm deve ser garantida na etapa executiva das fundaes e que as condies de
projeto sejam verificadas.
2.3 Estacas tipo hlice contnua
Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), estacas tipo hlice contnua so estacas
moldadas in loco, executadas mediante a introduo no terreno, por rotao, de um
trado helicoidal contnuo e de injeo de concreto pela prpria haste central do trado,
simultaneamente sua retirada, sendo a armadura colocada aps a concretagem.
Mandolini et al. (2005) apresentam um esquema (figura 2.1) do processo
executivo de estacas tipo hlice contnua, originadas na Holanda na dcada de 60.
Figura 2.1 - Sequenciamento de atividades para execuo de estacas hlice contnua
(Mandolini et al., 2005)
Segundo Velloso e Lopes (2010), as estacas tipo hlice contnua so executadas
na Europa e nos Estados Unidos desde a dcada de 70 e foram introduzidas no Brasil a
partir da dcada de 80. Pelo baixo nvel de vibrao e elevada produtividade, tem
grande aceitao no meio Geotcnico mundial. Os equipamentos mais comuns
permitem a execuo de estacas com dimetros compreendidos entre 30 e 100 cm e
comprimentos entre 15 e 30 m. Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), os equipamentos
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devem possuir as caractersticas mnimas mencionadas na tabela abaixo, alm de torque
compatvel com o dimetro da estaca e com a resistncia do solo a ser perfurado,
objetivando a mitigao do desconfinamento durante a etapa de perfurao.
Tabela 2.1 - Caractersticas mnimas dos equipamentos de perfurao - NBR 6122 (ABNT,
2010)
A etapa de perfurao consiste na introduo da hlice no terreno, por meio de
rotao transmitida por motores hidrulicos, at a cota de projeto, sem que a hlice seja
retirada da perfurao em momento algum. Alcanada a profundidade desejada (de
projeto ou corrigida), o concreto bombeado continuamente, sem interrupo, atravs
da haste central do helicoide. Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), o equipamento de
perfurao deve ser posicionado e nivelado, assegurando a centralizao e verticalidade
da estaca (salvo em caso de estaca inclinada). Aconselha-se tambm a verificao do
dimetro do trado, para certificar que as premissas de projeto esto sendo seguidas.
Ao mesmo tempo em que a hlice retirada sem girar (ou girando, em sentido
igual ao da perfurao, lentamente), o concreto bombeado. Segundo Velloso e Lopes
(2010), a velocidade de extrao da hlice de dentro do furo deve permitir que a presso
no concreto seja mantida positiva. A presso do concreto deve garantir o preenchimento
total de todos os vazios deixados pela hlice. Deve-se verificar tambm se a tampa do
fundo da haste central est funcionando dentro do esperado, pois ela quem evita
entrada de gua na haste (mantendo o fator gua/cimento especificado) e evita a
contaminao do concreto pelo solo.
Ainda segundo Velloso e Lopes (2010), a concretagem segue at uma cota um
pouco acima da cota da superfcie do terreno (diferentemente do que recomenda a NBR
6122 (ABNT, 2010)), pois se a cota de arrasamento ficar abaixo do nvel do terreno,
preciso cuidar da estabilidade do furo no trecho no concretado, atrasando a execuo.
A NBR 6122 (ABNT, 2010) recomenda ainda que, em torno de 1% das estacas da obra,
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sejam expostas at cota inferior cota de arrasamento e, se possvel, at o nvel dgua,
para verificao da integridade e qualidade do fuste.
O processo executivo da estaca tipo hlice contnua impe que a colocao da
armadura seja feita aps o trmino da concretagem. A "gaiola" de armadura
empurrada atravs do furo com concreto fresco manualmente pelos operrios ou com o
auxlio de pesos e/ou vibradores. De acordo com Velloso e Lopes (2010), as estacas
submetidas apenas a esforos compressivos tm apenas a chamada armadura de topo
que consiste em armadura no trecho superior (cerca de 3 ou 4 m a partir da cota de
arrasamento).
Quanto ao trao de concreto utilizado normalmente, a NBR 6122 (ABNT, 2010)
recomenda:
Consumo de cimento > 400 kg/m;
Abatimento no slump test = 22 3 cm;
Fator gua/cimento < 0,6;
Agregados formados por areia e pedrisco;
% de argamassa em massa > 55%;
Trao bombevel;
fck maior ou igual 20 MPa;
No caso de estacas submetidas tambm a esforos transversais ou de trao,
introduz-se armadura de maior comprimento (de 12 a 18 m). Na extremidade inferior, a
gaiola de armadura deve ter as barras ligeiramente curvadas, formando um cone, de tal
modo que facilite a introduo da armadura no concreto fresco. Cuidado adicional deve
ser tomado quanto aos espaadores, de preferncia plsticos do tipo rolete, pois os solos
so, naturalmente, um meio muito corrosivo e agressivo armadura e a forma em rolete
no atrapalha a colocao da armadura.
A execuo de estacas hlice envolve controles mais sofisticados e por isso
necessita de mais ateno de profissional capacitado (engenheiro geotcnico treinado)
no decorrer de sua execuo. Tanto para controle de execuo como para interpretao
das informaes obtidas no processo, esta prtica no feita com frequncia e pode
comprometer o desempenho das estacas, e consequentemente, do estaqueamento todo.
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Atravs de diversos estudos, sabe-se que o equipamento usado na execuo da
estaca e seu respectivo operador influenciam muito o comportamento da estaca. Por
exemplo, usar equipamento de baixa velocidade de penetrao, mas com velocidade
angular alta, tende a gerar aumentos desnecessrios na seo do fuste da estaca,
afetando a interao solo-fuste. E essa velocidade no avano depende do maquinrio, do
passo da hlice, do ngulo de corte da lmina, do metal constituinte da lmina, do
estado de conservao da lmina, etc.
Os principais mtodos de capacidade de carga de estacas hlice contnua foram
comparados, por diversos autores, dentre eles, Magalhes (2005), com provas de carga,
estatisticamente. Foram analisados os desempenhos dos mesmos para verificar a
acurcia dos diversos mtodos existentes. As anlises mostraram que os mtodos de
Dcourt e Quaresma (Dcourt, 1996), Antunes e Cabral (1996) e Gotlieb et al. (2000)
apresentaram as melhores estimativas de capacidade de carga para estacas tipo hlice
contnua. Compararam-se tambm os recalques obtidos pela prova de carga com os
obtidos pelos mtodos elsticos de Randolph e Wroth e Poulos e Davis, obtendo-se boa
aproximao.
Segundo Anjos (2006), que executou provas de carga em grupos de fundao do
tipo estaca hlice contnua em verdadeira grandeza assentes num campo experimental
(localizado na UnB), chegou-se concluso que a qualidade da execuo das estacas
hlice influi tanto na capacidade de carga da estaca quanto no seu recalque e
deformabilidade, gerando reflexos no comportamento do estaqueamento como um todo.
Diversos estudos apontam que a etapa executiva de uma fundao ditar,
geralmente, a interao da fundao com o solo. A interao solo-fundao pode sofrer
alteraes dependendo do concreto injetado no furo (relao gua/cimento, suco
mtrica do solo ao redor, segregao do concreto, porosidade dos agregados grados,
etc.). O tempo decorrido entre a abertura do furo e a concretagem tambm influi na
capacidade de carga da estaca hlice contnua, como avaliado por Perez (1997).
Com base em ensaios de campo, observou-se que a configurao da hlice
exerce grande influncia no valor do torque necessrio para escavar os solos e
consequentemente influi na energia necessria para escavar a estaca at a cota de
projeto (influi na capacidade de carga da estaca). Logo, o helicoide do maquinrio deve
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manter-se o mesmo ao longo da execuo das estacas, para que a comparao entre
energias possa ser feita efetivamente.
O desempenho das estacas helicoidais durante a etapa de instalao
influenciado por diversos fatores, como: passo da hlice, dimetro da hlice, ngulo de
corte da hlice, dimetro da haste interna, espessura da chapa da hlice, rugosidade da
hlice, forma da superfcie de corte da hlice e a forma da ponta da hlice.
Com base nesses estudos, percebe-se que uma preocupao que se deve ter
procurar usar sempre o mesmo modelo de equipamento de perfurao, tendo sempre
alguma hlice bastante semelhante (j que idntica impossvel) como pea de
reposio imediata. importante tambm contar com um plano de manuteno e
reparos eficiente, que trabalhe no intuito de minimizar atrasos execuo das estacas.
Caso isto no seja possvel, deve-se contar com a ajuda de profissionais mais
experientes, comunicando o fato ao projetista e ao consultor e, se for o caso, considerar
essa mudana no equipamento para avaliar qualitativamente a alterao que possa
ocorrer devido quebra da sistematizao do processo executivo ou, at mesmo,
aguardar a soluo do problema e refazer a calibrao antes de retomar a execuo das
demais estacas.
Segundo Poulos (2005), a prpria limpeza do furo tambm altera o
comportamento da estaca (curva carga x recalque), uma vez que a mobilizao da
resistncia de ponta demandaria um recalque muito maior, devido ao solo estar mais
compressvel na base (devido deposio de solo solto gerado no processo de
escavao para a execuo da estaca tipo hlice contnua).
Outros fatores, como: alvio de tenso durante a escavao (inevitvel) /
qualidade na concretagem da estaca / dimetro mximo de agregados do concreto /
presso de injeo do concreto / velocidade de preenchimento do furo, alteram o
comportamento das estacas.
Segundo Arajo et al. (2009), em uma mquina de escavao de estacas tipo
hlice contnua, o torque disponibilizado dependente da potncia dos motores
mecnicos, da bomba hidrulica, das cilindradas dos motores hidrulicos, das relaes
das engrenagens desde o pinho at a coroa, entre outros fatores.
Segundo Almeida Neto (2002), talvez o fator mais importante no desempenho
da estaca hlice seja a concretagem, principalmente quanto presso de injeo. A
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presso de injeo, por outro lado, uma das caractersticas menos controladas em
campo, pois so facilmente modificadas e raramente feita calibrao antes das
concretagens. Segundo Silva (2011), fatores como: alvio de tenses durante a
escavao, dimetro do tubo de concretagem, trabalhabilidade do concreto, dimetros
dos agregados constituintes do concreto, presso de injeo do concreto, velocidade de
extrao da hlice, ascendncia do concreto pelo helicoide e ruptura lateral do fuste por
excesso de presso de injeo na concretagem afetam a qualidade e o desempenho da
estaca.
Como indicam os estudos citados, diversos fatores influenciam o
comportamento das estacas tipo hlice contnua (observado pela anlise de curvas carga
x recalque), por isso mesmo que a etapa de execuo das estacas escavadas (em
especial a estaca tipo hlice contnua) deve ser mais controlada, gerando a demanda por
uma metodologia de controle de execuo em tempo real, que d suporte para que o
engenheiro possa tomar decises acertadas e em curto intervalo de tempo.
Segundo Silva (2011), com o controle de todo o processo, iniciando pelo projeto
e suas premissas, passando pela execuo e concretagem, pode-se obter uma estaca tipo
hlice contnua que constitua uma fundao segura, econmica, confivel e
tecnicamente certificada em relao ao projeto. Ainda segundo Silva (2011), o
monitoramento das estacas tipo hlice contnua capta e indica aspectos construtivos
adotados, possibilitando a correo de procedimentos equivocados adotados durante a
execuo, antes mesmo de finalizar a etapa de perfurao.
2.4 Estaqueamentos escavados controlados atravs da
energia
Uma das primeiras atividades em um projeto de fundaes obter uma
expectativa de profundidade de assentamento e correspondente capacidade de carga da
fundao, baseando-se em projetos semelhantes ou nos resultados de ensaios de campo.
A atual situao brasileira, de economizar em investigaes geotcnicas e ensaios de
laboratrio ou de campo, reduz drasticamente a confiabilidade do projeto, pois no h
uma confirmao adequada dos parmetros adotados. A dita "economia" muitas vezes
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contribui para o acontecimento de situaes que demandem grande aporte econmico
para serem solucionadas conduzindo, em diversos casos, a prejuzos importantes.
Segundo Aoki (1997, 2000), a energia de deformao uma varivel de grande
valia na definio da carga de ruptura do sistema solo-fundao usando uma curva carga
x recalque (obtida de provas de carga), pois quando a taxa de variao da energia tende
zero, isto significa que o conjunto solo-estaca est se aproximando da carga de
ruptura, a anlise de sua variao com o carregamento permite saber quo prximo se
encontra a ruptura, a rea sob a curva carga x recalque numericamente igual energia
de deformao acumulada pelo sistema estaca-solo. Alguns estudiosos propem o uso
da forma da curva carga-recalque como parmetro auxiliar no entendimento do
comportamento da estaca, numa tentativa de melhorar o conhecimento dos subsolos,
aumentando assim a confiabilidade nos dados obtidos e usados nos projetos.
Com a metodologia (SCCAP) proposta, Silva (2011) afirma que o controle
executivo de elementos de fundao passa a ser em tempo real, se for utilizado o
software acoplado ao sistema de monitoramento presente no maquinrio de execuo
das estacas tipo hlice contnua e, como benefcio, alcana-se a uniformizao do
estaqueamento quanto energia, e, portanto, quanto capacidade de carga. Gerando-se
assim uma espcie de superfcie de iguais capacidades de carga (certificando a execuo
em relao ao projeto), e isto agrega segurana e confiabilidade ao estaqueamento e em
alguns casos economia na execuo das estacas, ao mesmo tempo em que assegura ao
projetista que o comportamento esperado atingido.
Segundo Silva (2011), a lei de conservao de energia especialmente valiosa
no caso de sistemas com muitas variveis, tal como a escavao de uma estaca. Van
Impe (1998), partindo desse princpio props a equao (2.1) para calcular a energia
consumida para escavar uma estaca Atlas1, sugerindo que esta energia poderia servir
para controlar a capacidade de carga de estacas tipo hlice contnua.
(2.1)
1 Segundo a NBR 6122, uma estaca de deslocamento, de concreto moldado in loco, mediante a
introduo no terreno, por rotao, de um trado que ocasiona o deslocamento do solo junto ao fuste e
ponta, no havendo retirada de solo.
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onde:
Es = Energia demandada para escavar uma estaca [J/m];
Nd = Fora de impulso vertical (Soma do peso prprio da perfuratriz com a
fora descendente) [N];
vi = Velocidade de penetrao vertical do helicoide [m/s];
ni = Velocidade angular do helicoide [Hz];
Mi = Torque aplicado ao helicoide [N.m];
A = rea da projeo plana do trado [m];
Um detalhe que vale a pena ser realado que a energia usada no deslocamento
lateral do solo junto ao fuste, quando da execuo da estaca Atlas, no responsvel
pelo avano vertical do furo e por isso a equao (2.1), obtida para estacas Atlas, pode
ser usada tambm para estacas hlice contnua. Portanto, deve ficar claro que a equao
(2.1) quantifica a energia dissipada na etapa de avano vertical da escavao.
Em seu trabalho, Silva (2011) mostrou que possvel associar ensaios de campo
e capacidade de carga com a energia necessria para escavar uma estaca.
Silva e Camapum de Carvalho (2010) observaram que, quando as estacas so
executadas em uma obra por um mesmo conjunto operador/mquina, em que o processo
de execuo repetitivo e sistematizado, a energia medida durante a execuo
proporcional capacidade de carga obtida por provas de carga ou estimada por mtodos
semiempricos que utilizam o ensaio SPT.
Na opinio do autor do presente trabalho, a desvantagem da metodologia
SCCAP que em obras grandes, mais longas, visto que podem ocorrer problemas com
o maquinrio e com o operador (e tais problemas so comuns) caso a mquina apresente
algum defeito, a opo esperar o reparo e a recalibrao do monitoramento (gerando
atrasos). Caso o operador falte por qualquer motivo, perde-se o controle e no se pode
avaliar se o resultado ser muito ou pouco diferente do obtido pelo outro operador,
supondo treinamentos/experincias similares para os dois operadores (introduz-se
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assim variao das energias obtidas, para mais ou para menos). As caractersticas das
obras atuais, em geral, no comportam tal tipo de detalhe, muito em decorrncia da falta
de planejamento, falta de pensamento antecipado sobre as possveis falhas e necessrias
solues. A obra deveria ser cada vez mais encarada como uma fbrica, e ter suas
atividades planejadas (nas trs escalas de tempo - curto, mdio e longo prazo) para se
obter maior eficincia, minimizando os atrasos.
Segundo Silva (2011), para quantificar a energia necessria para escavar uma
estaca, foram incorporadas ao software de monitoramento das estacas formulaes e
rotinas computacionais baseadas na conservao da energia e em conceitos estatsticos,
o SCCAP. As rotinas quantificam e registram a energia gasta pelo conjunto de foras
externas aplicadas ao helicoide durante a escavao de cada estaca de um
estaqueamento e tratam a populao de dados coletados estatisticamente, para controlar
o estaqueamento por meio das caractersticas estatsticas (mdia e desvio padro) de
uma amostra de energia correlacionada com a capacidade de carga (por meio de ensaio
ou por mtodos semi-empricos). A amostra obtida durante a execuo de algumas
estacas previamente selecionadas, de tal maneira que, na rea prxima s estacas da
amostra, exista resultado prvio de prova de carga ou resultados de ensaio SPT,
certificando que os elementos da amostra apresentem caractersticas conhecidas quanto
capacidade de carga. Esse processo possibilita o controle, em tempo real, de cada
estaca do estaqueamento, atravs da conservao de energia. Permite ento a correo
de profundidade de assentamento das estacas, em busca de uma superfcie resistente
tima, em termos de energia, e consequentemente, capacidade de carga e
deformabilidade. O SCCAP um conjunto de rotinas computacionais acopladas ao
sistema de monitoramento dos equipamentos de escavao de estacas tipo hlice
contnua, que gerenciam os dados obtidos pelo monitoramento do maquinrio e a
execuo do estaqueamento, garantindo que todas as estacas atendam aos critrios de
aceitao quanto capacidade de carga, validando o estaqueamento.
.
2.5 Influncia da Variabilidade Geotcnica
Segundo Silva (2011), os principais ensaios realizados na regio por ele
investigada (Braslia, Distrito Federal) so SPT, SPT-T e CPT. Porm o SPT-T no foi
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considerado acurado, pois depende muito do operador, o SPT tambm depende muito
do operador, porm como o ensaio mais realizado no pas foi considerado.
Silva (2011) descreve a realidade geotcnica-geolgica do Distrito Federal,
frisando a existncia de uma espessa camada de solo no saturado em grande parte do
territrio daquela cidade. Um outro tipo de solo, muito frequente em Braslia (argila
porosa colapsvel com concrees laterticas), resulta em valores de NSPT pequenos
(devido destruio da estrutura original do solo), alta permeabilidade mesmo em se
tratando de argila (devido formao e preservao de macroporos) e elevado potencial
de colapso quando saturado.
Nesse tipo de solo, a deficincia na identificao da camada laterizada leva
equvocos quanto s previses da real capacidade de carga das estacas escavadas (em
especial, estacas tipo hlice contnua), pois calcula-se a capacidade de carga
considerando os valores subestimados pelo ensaio SPT, que no sero to baixos, pois o
mtodo executivo dessas estacas no tende a destruir a estrutura do solo.
2.6 Incertezas em obras geotcnicas
A abordagem probabilstica aplicada geotecnia tem uso crescente, afirma Silva
(2011), mas pouco uso observado na prtica. Geralmente, a confiabilidade nas obras
geotcnicas deixada de lado, muito provavelmente porque a grande maioria dos
profissionais no assunto no dominam os conceitos de probabilidade e estatstica,
devido, em parte, fraca base nos conceitos oferecidos nas faculdades brasileiras e
falta de aplicao em problemas de engenharia (principalmente em nvel de graduao).
O determinismo o conceito mais utilizado para as previses em geral, tais
como deformaes e capacidades de carga, principalmente em engenharia de fundaes.
Segundo Silva (2011), a engenharia de fundaes depara-se, primeiramente, com as
incertezas das condies de carregamento, que se entrelaam com as incertezas
intrnsecas ao solo e com a dificuldade de controle do processo executivo. O uso de
mtodos estatsticos deveria ser rotina para mitigar essas incertezas e reduzir os riscos
inerentes a qualquer projeto.
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Segundo Silva (2011), o engenheiro geotcnico, em geral, confia na experincia
prvia e deixa de lado os conceitos probabilsticos, e isto s poderia ser feito caso o
modelo pudesse ser modificado durante a execuo, nos casos reais o comportamento
crtico s observado quando j tarde demais.
A heterogeneidade do solo gera um impacto significativo na confiabilidade e no
desempenho das fundaes, porm essa variabilidade dos parmetros pode ser tratada
mediante aplicao de mtodos probabilsticos. As variveis que influem na qualidade
das estacas podem ser tratadas como variveis aleatrias e sofrer tratamento estatstico
para lidar com as incertezas, as caractersticas populacionais podem ser controladas e
verificadas estatisticamente (comprimento, capacidade de carga, energia para
escavao, deformabilidade, etc). Geralmente, as distribuies so do tipo normal ou
Student, dependendo do tamanho da amostra (histogramas, curva sino, etc, so tambm
usados como ferramentas auxiliares). Segundo Ribeiro (2008), as anlises geotcnicas,
previses de deformaes e estimativas de fatores de segurana so realizadas com base
em mtodos determinsticos, que admitem como fixos e conhecidos os parmetros do
solo ou da rocha. Entretanto tais previses so afetadas por incertezas provenientes da
impossibilidade de reproduo fiel das condies reais (naturais) de campo em
laboratrio.
No trabalho de Christian et al. (1994), as incertezas dos solos so divididas em
duas grandes categorias, a primeira consistindo na variabilidade espacial inerente aos
solos e erros atrelados s medidas em si e a segunda consiste nos erros devido a
processos de amostragem e erros humanos.
Segundo Aoki (1997), a variabilidade geotcnica torna difcil a previso da
superfcie de assentamento de um estaqueamento que atenda geotcnica e
estruturalmente aos estados limites ltimo e de utilizao, pois a formao do macio
algo natural e por consequncia muito variada, alm das perturbaes impostas pelo
mtodo executivo das estacas. Aoki (1997) frisa a dificuldade de definir tal superfcie
por falta de mtodos confiveis (como a nega para as estacas cravadas). Alm da
variabilidade de comportamentos, inerente aos macios, h ainda o comportamento da
estrutura de fundao em si, que tambm varia consideravelmente, e do sistema solo-
estaca, que induz perturbaes que alteram as caractersticas do solo (pelo menos em
regies prximas fundao).
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O conceito de confiabilidade objetiva obter a situao onde Resistncia >
Solicitaes, durante toda a vida til da fundao, com garantia comprovada
matematicamente. Pela dificuldade de quantificao de solicitaes mximas (oriundas
de diversas combinaes de aes) e das resistncias, estimativas e previses so
sempre necessrias para os problemas probabilsticos (incertezas so inevitveis e deve-
se lidar com elas).
Segundo Silva (2011), a execuo de estacas escavadas em geral, assistidas pelo
software (SCCAP), permite aos interessados a verificao, em tempo real, da
capacidade de carga de cada estaca, permitindo assim um ajuste fino da execuo
(estaca por estaca). Problemas como a variabilidade estratigrfica do solo podem ento
ser superados, conferindo maior economia, segurana, confiabilidade e agilidade obra.
2.7 Ensaios de Campo
Segundo Silva (2011), ensaios como SPT, CPT, DMT, PMT, etc, so cada vez
mais usados para controle de qualidade das fundaes. Os avanos dos ensaios, dos
componentes eletrnicos e a evoluo da informtica tem permitido cada vez mais
agilidade na obteno de parmetros de projeto (quando ensaios mais refinados so
usados). O CPT/CPTU vem se consolidando mundialmente como um dos ensaios mais
importantes de campo (especialmente para conhecer a estratigrafia do macio, com
maior detalhe). As dificuldades presentes nos mtodos analticos estimulam o uso de
mtodos diretos. Por mtodos diretos, entendem-se mtodos semiempricos, alguns com
fundamentaes estatsticas, inclusive, a partir dos quais as medidas dos ensaios so
correlacionadas diretamente aos parmetros geotcnicos. J os mtodos indiretos usam
os resultados dos ensaios para a previso de propriedades, possibilitando a adoo de
parmetros.
Como se sabe, o SPT o ensaio mais usado na geotecnia brasileira para clculos
da estimativa da capacidade de carga das fundaes. Segundo Mota (2003), nos ltimos
vinte anos introduziram-se novos equipamentos de investigao, visando ampliar o uso
de diferentes tecnologias em diferentes condies de subsolo. Ensaios mais modernos,
como CPT/CPTU, DMT, pressimetro e outros, enriquecem a geotecnia brasileira,
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somando-se sondagem percusso2 e permitindo um conhecimento mais profundo e
detalhado acerca dos subsolos, obtendo parmetros mais fiis situao dos macios e,
consequentemente, os projetos de fundaes so concebidos com maior acurcia e
confiabilidade, permitindo projetos mais econmicos e com segurana satisfatria em
relao aos diversos estados limites.
Segundo Anjos (2006), as correlaes existentes, baseadas no SPT, devem ser
tratadas com cuidado, pois o SPT possui uma variabilidade ainda grande de energias
aplicadas ao amostrador, devido ao carter manual de sua execuo no Brasil. Logo
muito dependente da equipe de execuo e das condies do equipamento utilizado, por
isso a correlao s cegas, com base apenas no SPT, deve ser repensada. Alm disso, o
ensaio SPT pode no representar de forma correta as resistncias em alguns tipos
especficos de solos (por exemplo, solos laterizados).
Sabe-se que o ensaio SPT no tem sensibilidade para fornecer informaes sobre
a resistncia de solos muito moles. Em muitos casos o sondador tem que limitar a
penetrao do conjunto e o significado do valor da penetrao em termos quantitativos
muito pequeno. Danziger et al. (2008) consideram mais til a restrio por parte do
operador na penetrao de 45 cm, juntamente com a obteno de amostras para
determinao do teor de umidade do solo nesses casos.
Segundo Silva (2011), teoricamente o ensaio de campo ideal deveria impor um
caminho de tenses e nvel de deformaes uniforme em toda a massa envolvida no
processo, alm de condio perfeitamente no drenada ou de total dissipao de poro-
presso, o que nem sempre possvel.
2.8 Capacidade de carga e carga admissvel
Segundo Van Impe (1994), a ruptura fsica do solo definida como a situao
em que h recalque muito grande para pequenos acrscimos de carga, ou seja, a ruptura
fsica implica em recalque infinito. Para Cintra e Aoki (1999), a ruptura fsica tambm
caracterizada por recalques teoricamente infinitos, concordando com Van Impe (1994),
2 Vale ressaltar que a sondagem tem uma grande importncia quanto a obteno de amostras do solo
(mesmo sendo uma amostra deformada).
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j a ruptura convencional caracterizada, por exemplo, quando se atinge certo
deslocamento arbitrrio, porm, existem outros critrios.
Dcourt (1996), baseado no conceito de rigidez, definiu a ruptura fsica como a
carga que corresponde rigidez nula, sendo a rigidez uma relao entre carga e
recalque. Sendo assim a ruptura fsica corresponde derivada nula no grfico de carga x
recalque, impondo que o recalque seja infinito para um crescimento muito pequeno de
carga. Alguns autores, dentre eles Dcourt (1996) consideram que a ruptura fsica no
existe na realidade, sendo um conceito meramente terico e, sendo necessria a
definio da ruptura convencional, proposta diferentemente por diversos autores.
O trabalho de King et al. (2000), segundo Silva (2011), obteve concluses
acerca de estacas tipo hlice contnua, com o apoio de 12 provas de carga, e observou-se
entre outras coisas, que:
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Atingiram-se cargas de pico no fuste para deslocamentos entre 7 e 14
mm, independentemente do dimetro da estaca.
As cargas ltimas (do fuste e da base) foram alcanadas para
deslocamentos da ordem 10 a 20 cm.
Nas 12 estacas ensaiadas, menos de 10% da capacidade de pico foi
atribuda resistncia da base.
As resistncias de pico no fuste foram dependentes da velocidade com
que a prova de carga foi realizada, rpida ou lenta, mas a resistncia
ltima do fuste foi dependente somente da magnitude do deslocamento.
Segundo Jamiolkowski (2003), geralmente aceito que a resistncia ltima da
base de estacas hlice contnua seja mobilizada quando o deslocamento est entre 5 e
10% do dimetro da base da estaca.
Segundo Van Impe (1994), h grande influncia do mtodo executivo da
fundao no comportamento das estacas. As modificaes das caractersticas e do
estado de tenso do solo ao redor das estacas so dependentes do tipo de instalao e
influenciam sensivelmente o desempenho futuro das fundaes.
Segundo Velloso e Lopes (2010), uma fundao corretamente dimensionada
apresenta, ao mesmo tempo, segurana em relao aos estados limite ltimos e aos
estados limite de servio, necessitando-se assim verificar a segurana em relao
capacidade de carga e em relao aos deslocamentos para cargas de servio.
A carga admissvel determinada a partir da carga de ruptura obtida em provas
de carga executadas de acordo com a NBR 12131 (ABNT, 2006). De acordo com a
NBR 6122 (ABNT, 2010), para que se obtenha a carga admissvel das estacas, a partir
de uma prova de carga, necessrio que:
a) A prova de carga seja esttica;
b) A prova de carga seja especificada na fase de projeto e executada no
incio da obra, possibilitando quaisquer adequaes do projeto para as
demais estacas;
c) A prova de carga seja levada at uma carga no mnimo duas vezes a
carga admissvel prevista em projeto.
-
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H casos onde a prova de carga realizada na estaca pode no apresentar ruptura
ntida. Isto ocorre, segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), quando a capacidade de carga
da estaca superior carga mxima aplicada na prova de carga. Neste caso no
aconselhado o simples aumento do carregamento, pois todo o aparato usado foi
concebido para a carga mxima aplicada. Caso haja esse aumento da carga, poder
haver condies inseguras durante a etapa executiva da prova de carga.
Nessa circunstncia ainda pode-se usar a extrapolao da curva carga x recalque
para avaliao da carga de ruptura e a ruptura pode ser convencionada como a carga que
corresponde ao recalque calculado pela seguinte expresso, segundo a NBR 6122
(ABNT, 2010):
(2.2)
onde:
= Recalque correspondente carga de ruptura convencionada;
P = Carga de ruptura convencionada;
L = Comprimento total da estaca;
A = rea da seo transversal da estaca;
E = Mdulo de Young do material constituinte da estaca;
D = Dimetro do crculo circunscrito estaca ou, no caso de seo quadrada, o
dimetro do crculo de rea equivalente da seo transversal desta;
A curva carga-recalque deve ser obtida pelo tipo de prova de carga que reflita o
carregamento que ir atuar na estaca durante a sua vida til. aconselhada a realizao
de prova de carga dinmica, por exemplo, para ter uma ideia mais acurada do
comportamento do sistema solo-estaca em estacas que sero solicitadas por cargas
dinmicas importantes ao longo de sua vida til.
No caso presente, estacas tipo hlice contnua, a NBR 6122 (ABNT, 2010) ainda
tem o cuidado de especificar que no mximo 20% da carga admissvel seja suportada
pela ponta da estaca, isto porque, neste tipo de estaca, a limpeza deficiente do furo gera
uma camada de solo solto no contato base-solo, que influi severamente no
comportamento da curva carga x recalque da estaca, apresentando maiores recalques.
-
24
2.9 Desempenho das fundaes
Segundo a NBR 6122 (ABNT, 2010), o desempenho das fundaes deve ser
verificado atravs de pelo menos o monitoramento dos recalques medidos na estrutura,
sendo obrigatrio nos seguintes casos:
a) Estruturas nas quais a carga varivel significativa em relao carga
total, tais como silos e reservatrios;
b) Estruturas com mais de 60 m de altura do nvel do terreno at a cota mais
alta;
c) Elementos onde a relao altura/largura (menor largura) seja superior a
quatro;
d) Fundaes e estruturas no convencionais;
O monitoramento de outras grandezas tais como deslocamentos horizontais,
desaprumos, integridade estrutural e tenses atuantes so bem vindos, devendo o
resultado das medies ser comparado com as previses de projeto.
O projeto de fundaes deve ainda estabelecer o programa de monitoramento,
incluindo: referncias de nvel, especificao dos aparelhos de medida, especificao de
atividades necessrias para a medio acurada das grandezas necessrias, indicao de
frequncia de leituras, enfim, tudo que se julgue necessrio para proporcionar medies
acuradas e auxiliar a programao da realizao das medies [NBR 6122, (ABNT,
2010)].
A NBR 6122 (ABNT, 2010) torna obrigatria a execuo de provas de carga
estticas em obras com um nmero de estacas superior a 100 unidades, no caso de
estaqueamentos tipo hlice contnua, ou simplificadamente, deve-se fazer a prova de
carga esttica em 1% das estacas, arredondando este nmero para mais.
2.10 Efeitos causados pela presena da tenso residual em
provas de carga
Segundo Silva (2011), as cargas residuais so semelhantes s devidas ao atrito
negativo e surgem devido a vrios fatores, entre eles: perturbaes durante a instalao,
reconsolidao do solo aps instalao, ciclos de carregamentos em provas de cargas e
retrao do concreto. O fator retrao do concreto est sempre presente no caso de
estacas moldadas in loco (como o caso das estacas tipo hlice contnua).
-
25
Velloso e Lopes (2010) afirmam que as estacas sob influncia de tenses
residuais (de qualquer origem) apresentam em parte do fuste (trecho entre a cabea da
estaca e o ponto neutro) tenses distribudas pelo fuste agindo como as tenses devidas
a atrito negativo (fora de cima para baixo, tendendo a aprofundar a estaca) e fora
compressiva na ponta. Ainda segundo Velloso e Lopes (2010), as tenses residuais
alteram o comportamento da curva carga-recalque de uma estaca, porm no alteram a
capacidade de carga da estaca. O mecanismo de transferncia de carga para o solo
alterado, a considerao das tenses residuais pode conduzir a diferentes valores para as
resistncias lateral e de ponta, levando a uma previso de comportamento mais rgido da
estaca, como discutido em Massad (1992, 1993), Costa (1994) e Costa et al. (1994)
para estacas cravadas.
Falconio & Mandolini (2003) abordam a influncia das tenses residuais em
estacas escavadas e, segundo esses autores, o fenmeno ocorre principalmente aps a
concretagem de uma estaca moldada in loco, pois ocorre um processo qumico
exotrmico devido s reaes de hidratao do cimento ao longo da cura do concreto,
podendo haver contrao ou expanso da estaca (deformao), porm, o solo
circundante estaca restringe a deformao e isso gera tenso de atrito (tenso induzida
por restrio de deformaes) na interface solo-estaca. Diversos autores afirmam que
todo sistema composto por estaca e solo est sujeito tenso residual e, portanto, sujeito
carga residual. Assim, foras distribudas pelo fuste (como no atrito negativo) se
contrapem ou se somam, ao longo do fuste, o ponto onde ocorre inverso de sentido da
tenso lateral no fuste, chama-se ponto neutro, assim como no atrito negativo. O
fenmeno ocorre sempre e independe da magnitude do recalque do solo ao redor da
estaca, com deslocamentos obtidos para a mobilizao da tenso residual da ordem de 2
mm. Segundo Goudreault & Fellenius (1990), geralmente ignoram-se as cargas
residuais em anlises de provas de carga instrumentadas, levando a uma maior
estimativa do atrito lateral e a uma consequente diminuio da resistncia de base da
fundao.
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2.11 Anlise de provas de carga (curvas carga x recalque)
Ultimamente, tem-se feito mais provas de carga para a avaliao da capacidade
de carga das fundaes, segundo Camapum de Carvalho et al. (2008). Muitos projetistas
e executores preferem os ensaios dinmicos por serem mais baratos e mais rpidos,
outros preferem a prova de carga esttica por permitir a anlise direta dos resultados. O
importante mesmo avaliar o melhor ensaio de acordo com a situao da fundao
(tipos de fundao, de solo, tipo de vizinhana da obra e de carregamentos ao longo da
vida til). Exemplos disso so ensaios dinmicos realizados, equivocadamente, em solos
colapsveis e pouco estveis, aos quais no so adequados, pois destroem a estrutura
desses solos e geram respostas muito piores do que a realidade, no representando de
forma satisfatria o comportamento real que este solo seria capaz de apresentar.
Segundo Silva (2011), diversos autores afirmam que a prova de carga esttica
a melhor metodologia para anlise do comportamento de fundaes profundas, pois a
maioria das cargas que atuaro sobre o elemento de fundao tem a caracterstica de
serem cargas aplicadas ao longo da execuo da obra (carregamento em etapas) e sero
mantidas no decorrer da vida til do projeto. Segundo Albuquerque (2001), os
principais motivos que levam adoo das provas de carga estticas so:
a) A possibilidade de avaliao da segurana contra a ruptura condicionada;
b) A possibilidade de anlise de integridade estrutural do elemento de
fundao, embora no to eficiente;
c) A possibilidade de definio da carga de ruptura;
d) E principalmente a obteno do comportamento global do elemento de
fundao, atravs da curva carga-recalque.
Ainda acerca dos tipos de provas de carga, Camapum de Carvalho et al. (2010)
afirmam que, para provas de carga estticas, a opo pela forma lenta ou rpida est
condicionada a critrios tcnicos, por exemplo, as provas de carga rpidas so indicadas
quando se objetiva conhecer o comportamento do elemento de fundao sob situao
no drenada e/ou para estacas em solos no saturados.
Segundo Anjos (2006), o ensaio lento o que melhor se aproxima s condies
que o elemento de fundao ir experimentar na maior parte de sua vida til de projeto.
Um carregamento lento induz, devido viscosidade dos solos, a maiores recalques e a
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27
menores capacidades de carga, diferentemente da prova de carga rpida que implica em
maiores capacidades de carga na grande maioria dos casos. Os ensaios de cargas cclicas
so pedidos em situaes especiais em que o projetista, j prevendo certo tipo de
carregamento, precisa saber o comportamento das estacas sob tais circunstncias.
Segundo Anjos (2006), a confiabilidade da extrapolao das curvas obtidas em
provas de carga de estacas escavadas discutvel, extrapolaes feitas com base em
curvas carga-recalque que ainda estavam no trecho inicial (quase elstico), conduziram
a valores de carga de ruptura absurdos. Velloso e Lopes (2010) indicam que se pode
obter uma extrapolao de curvas carga-recalque, confivel, se o recalque mximo
atinge cerca de 1% do dimetro da estaca (deve haver certa evoluo no ensaio, no que
se refere ao recalque imposto durante a prova de carga, para que a curva carga-recalque
obtida reflita de forma mais realista o comportamento das estacas).
Provas de carga no fornecem respostas, apenas dados a interpretar. Segundo
Aoki (1997), a interpretao de provas de carga ainda controversa, vrios critrios
sobre ruptura so estudados e muitos so usados. Formas grficas e matemticas
existem para extrapolar os resultados das provas de carga e tentar definir da melhor
maneira a capacidade de carga ltima (convencional). Uma forma mais simples seria
definir a capacidade de carga da estaca como o valor para recalque igual a certa
porcentagem do dimetro equivalente da estaca (10% tipicamente).
Magalhes (2005), segundo Silva (2011), alerta que as provas de carga
interrompidas prematuramente podem ser classificadas em trs grupos:
a) Provas de carga interrompidas muito cedo, ainda no trecho quase
elstico, o que dificulta a extrapolao da curva, no obtendo uma curva
carga x recalque condizente, o que dificulta a determinao da carga
ltima;
b) Provas de carga interrompidas no estgio timo, o incio da plastificao
do sistema solo-estaca, o que possibilita a boa interpretao da curva, de
modo a obter um comportamento prximo do real, possibilitando a
obteno da carga ltima;
c) Provas de carga interrompidas aps grandes deformaes, com as estacas
j com deslocamentos residuais, as quais no necessitam de extrapolao,
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porm inutilizam a estaca. A inutilizao da estaca, mencionada
discutvel segundo Lopes (2014).
Segundo Aoki (1997), a energia de deformao (rea sob a curva carga-
recalque) uma varivel de grande valor para a definio da carga de ruptura do sistema
solo-estaca. Fellenius (2001) afirmou que o recalque admissvel deve levar em
considerao tambm a estrutura que est apoiada sobre as fundaes, pois na maioria
dos casos a estrutura apoiada sobre a fundao quem limita o recalque do elemento de
fundao e, consequentemente, a carga admissvel da estaca.
Silva e Camapum de Carvalho (2010), afirmaram que o entendimento da forma
da curva carga x recalque, obtida pela prova de carga axial, tem base na analogia feita
por Terzaghi com a curva tenso x deformao do ao. O primeiro trecho representado
pelo trecho linear elstico que obedece Lei de Hooke (sob pequenas deformaes), o
segundo trecho representa o setor onde a deformao no mais proporcional tenso
(trecho no-linear) e o terceiro trecho representa a regio de ocorrncia da ruptura do
ao. Observando o comportamento da maioria das curvas carga x recalque, obtidas por
provas de carga, Kondner (1963), segundo Silva (2011), observou que a curva para
vrios tipos de solo era sempre no linear, exceto na regio de recalques muito
pequenos.
Segundo Velloso e Lopes (2010), a curva carga x recalque precisa ser
interpretada para que se defina a carga admissvel da estaca. A carga de ruptura ou
capacidade de carga da estaca obtida mediante a correta interpretao da curva carga x
recalque obtida pela prova de carga. Segundo os autores supracitados, o exame visual da
curva carga x recalque pode levar a enganos mesmo se a curva possuir assntota
vertical.
Van der Veen (1953), mostrou que a simples mudana da escala do eixo dos
recalques pode dar a impresso errada do comportamento da estaca. Devido s
dificuldade expostas aqui, alguns critrios foram estabelecidos ao longo dos anos e so
comentados a seguir, tendo sido obtidos de Velloso e Lopes (2010):
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a) Critrio com base num valor arbitrado de recalque total, plstico ou
mesmo residual (observado aps o descarregamento);
b) Critrios com base na aplicao de uma regra geomtrica curva;
c) Critrios que objetivam a convergncia para a assntota vertical;
d) Critrios que caracterizam a ruptura pelo encurtamento elstico da estaca
somado a uma certa porcentagem do dimetro da base;
Segundo Silva e Camapum de Carvalho (2010), os resultados de provas de carga
podem trazer outras informaes importantes para o projeto como, por exemplo,
demonstrar a que nvel de carga a ponta da estaca ou a base de um tubulo ensaiado
comea a ser mobilizada e, principalmente, onde comeam as deformaes plsticas.
Conhecer esta fronteira relevante para que se defina a carga de trabalho a ser adotada,
considerando-se a capacidade de carga, mas tambm as caractersticas de
deformabilidade do conjunto solo-fundao.
Camapum de Carvalho et al. (2008 e 2010), segundo Silva (2011), realizaram
uma srie de anlises complementares curva carga-recalque levando em considerao
o comportamento caracterstico de vrios tipos de solo e os mecanismos de interao
entre o elemento de fundao e o solo de suporte, para conhecer o comportamento de
estacas tipo hlice contnua e auxiliar no desenvolvimento da metodologia SCCAP.
Silva (2011) ressalva que as mobilizaes de atrito, ponta e deformaes plsticas
podem ocorrer simultaneamente, entretanto as cargas definidas pelos pontos de
inflexes (das curvas recalque imediato acumulado x carga, obtidos pela metodologia
Camapum de Carvalho et al., 2008) delimitam as regies onde o atrito, a ponta e as
deformaes plsticas comandam o comportamento da fundao em termos de
capacidade de carga e deformabilidade.
Segundo Silva (2011), outra metodologia que procura obter informaes da
curva carga x recalque a proposta por Dcourt (2008) que, analisando mais
profundamente o mtodo da rigidez (Dcourt, 1996), observou que se poderia
identificar a regio de domnio de transferncia de carga pela ponta e a de domnio de
transferncia pelo atrito lateral. Segundo Velloso e Lopes (2010), o mtodo da rigidez
consiste na apresentao dos resultados da prova de carga num grfico de rigidez,
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apresentando no eixo vertical a rigidez (razo carga/recalque) em cada estgio de
carregamento e no eixo horizontal a carga atingida no estgio. Segundo Melo (2009),
citado por Silva (2011), os limites de atrito lateral e de ponta, obtidos pela metodologia
de Dcourt (2008), so aproximados e podem ser aplicados tanto para verificar
resultados de instrumentao como para fornecer informaes em projetos atravs de
provas de carga estticas.
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3 DESCRIES E ANLISES
3.1 Descrio simplificada da metodologia SCCAP e regio
de realizao da pesquisa
A rotina proposta por Silva e Camapum de Carvalho (2010) foi incorporada ao
software de monitoramento de estacas tipo hlice contnua (podendo ser em outro tipo
de estaca), partindo de amostras energticas coletadas, atravs da medio da energia
necessria para escavar algumas estacas do estaqueamento (conjunto amostral),
agrupando os dados obtidos em distribuies de frequncia, determinando sua mdia e
desvio padro (caractersticas estatsticas). Com isso, permite-se montar critrios de
aceitao da estaca, possibilitando o controle de execuo, em tempo real, do resto do
estaqueamento, com base em medida de energia e comparao com os critrios de
aceitao, validando ou no as estacas quanto capacidade de carga e deformabilidade
de cada uma. Segundo Silva e Camapum de Carvalho (2010), o projetista, o executor e
o cliente podem observar o atendimento ou no ao projeto, permitindo o ajuste estaca a
estaca em obra, conferindo economia, segurana e confiabilidade obra.
A pesquisa de Silva (2011) foi realizada, como j dito, no Distrito Federal. O
relevo compe-se de chapadas (superfcies planas e/ou suavemente onduladas) com cota
mdia de 1100 m. Foram estudadas em sua tese 12 regies, sendo que nas regies 1, 2 e
3 foram feitas as caracterizaes geotcnicas e mineralgicas, por isso serviram de
referncia: o stio 1 s margens do lago Parano; Stio 2 na cidade de Guar; Stio 3 na
cidade de guas Claras.
3.2 Aspectos geolgicos, geotcnicos e pedolgicos
Segundo Silva (2011), a geomorfologia da regio de realizao dos estudos para
a sua tese possui caractersticas fortemente influenciadas pelo clima, pela geologia e por
aes antrpicas. A geologia marcada por dobramentos e diversos tipos diferentes de
rochas-me, fazendo com que, em obras mais extensas, o projeto seja forado a adaptar-
se de setor a setor, interferindo nas tcnicas de execuo das fundaes. Existe sobre o
manto rochoso uma camada varivel de alterao (com graus de alterao tambm
variveis) responsvel pela grande variabilidade do subsolo. A caracterizao do
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subsolo dos stios 1, 2 e 3 favoreceu a interpretao das relaes existentes entre
propriedades fsicas e mineralgicas com o comportamento das fundaes (capacidade
de carga, deformabilidade e energia necessria durante a execuo). Os aspectos
geolgico-geotcnicos (propriedades fsicas dos solos, propriedades qumicas,
constituio mineralgica, presena de estruturas nos solos, etc) auxiliam sobremaneira
a reunio de informaes sobre o subsolo a ser trabalhado, auxiliando a adoo de
solues mais coerentes e adequadas.
Nas reas estudadas foram confirmadas as presenas de perfis tpicos da regio,
com solo latertico argiloso (constitudo por argila porosa) em camadas pouco
profundas, tendo como consequncia baixos valores de NSPT (pois a ao do ensaio
destri as concrees antes existentes e reduz a resistncia original do solo), levando a
subestimao da resistncia existente. Os levantamentos geotcnicos foram feitos com
base no ensaio SPT, mapas e cartas geolgicas e geotcnicas da regio do Distrito
Federal, Brasil.
A figura 3.1 obtida do trabalho de Silva (2011) mostra a localizao dos stios
estudados na elaborao da metodologia SCCAP
Figura 3.1 - Mapa de localizao dos stios estudados para a validao da metodologia
SCCAP (Silva, 2011)
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3.3 Caracterizao fsica e mineralgica
O objetivo da realizao da caracterizao a possibilidade de relacionar as
propriedades fsicas e mineralgicas com o comportamento das estacas em termos de
capacidade de carga, deformabilidade e gasto energtico durante a execuo de uma
estaca.
1) Stio I Lago Parano (Braslia):
Obra de construo de um conjunto de edifcios na orla do lago Parano. Esta obra
apresentou lenol fretico superficial devido proximidade com o lago e a presena de
espessa camada de argila mole. A obra formou um banco de dados com 45 sondagens
percusso distribudas em 65.100 m (malha densa de sondagens percusso). A
descrio do stio por Silva (2011) ressalta a presena de latossolos e colvios de
pequena espessura, com ocorrncia de quartzo fragmentado estando sobreposto a
ardsias, quartzitos e metassiltitos do grupo Parano, no escudo Estrutural de Braslia.
2) Stio II cidade de Guar:
O perfil composto por, aproximadamente: 7m de argila porosa, de 1 m a 2m de solo
laterizado e concrecionado, 10 m a 12 m de solo saproltico impenetrvel ao ensaio
SPT. Nesta obra contou-se com um banco de dados de 24 sondagens percusso. As
propriedades fsicas foram obtidas por ensaios padronizados, executados pela UnB, e
por isso tidos como bem executados.
3) Stio III cidade de guas Claras:
Caracterizao obtida do trabalho de Cardoso (1995 e 2002), citado em Silva (2011).
Os levantamentos dos aspectos geolgico-geotcnicos dos locais estudados pelo
trabalho de Silva (2011) (stios de 1 a 12) foram baseados no ensaio SPT (normalizado
pela NBR 6484) atravs de relatrios, obteno de amostras de solo e NSPT.
Para a caracterizao dos solos dos stios 1 e 2, amostras obtidas pelo
amostrador padro do ensaio SPT e por poos de amostragem foram ensaiadas em
laboratrio para obteno dos seguintes parmetros geotcnicos:
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a) Umidade natural e umidade higroscpica, obedecendo a NBR 6457
(ABNT, 1986);
b) Peso especfico natural, obedecendo a NBR 10838 (ABNT, 1988),
usando amostras indeformadas retiradas de poos de amostragem;
c) Peso especfico aparente seco;
d) Peso especfico dos slidos, obedecendo a NBR 6508 (ABNT, 1984 b);
e) Limite de liquidez NBR 6459 (ABNT, 1984 a) pelo mtodo de
Casagrande;
f) Limite de plasticidade NBR 7180 (ABNT, 1984 c);
g) Granulometria NBR 7181 (ABNT, 1984 d) com e sem o uso de
defloculante;
h) Metodologia Miniatura Compactada Tropical MCT, utilizando as
modificaes introduzidas por Fortes & Nogami (1991), visando a
classificao dos solos laterticos;
i) Difratometria por raios-X, usada para a anlise mineralgica, analisando
todo o perfil amostrado e coletado durante a execuo de uma estaca tipo
hlice contnua nos stios 1 e 2;
No Brasil, quase todas as obras geotcnicas usam o SPT para obter os
parmetros geotcnicos e parmetros do solo mediante o uso de correlaes e,
infelizmente, a prtica da adoo de um maior leque de ensaios de campo e/ou de
laboratrio, a fim de contribuir para o melhor conhecimento geotcnico da obra, no
fazem parte da realidade. sabido que o custo mdio de campanhas de ensaios so
muito pequenos se comparado com o custo do empreendimento, atrelado a isso, a
necessidade de planejamento das etapas de estudos geotcnicos e das etapas executivas
dos ensaios em si influi nessa tendncia em usar poucos recursos tcnicos para a melhor
caracterizao dos subsolos das obras (Silva, 2011).
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3.4 Energia e Trabalho
Silva (2011) estabelece a hiptese de que o controle da escavao da estaca
serve como elemento de controle tecnolgico, capaz de oferecer maior segurana e mais
confiabilidade s obras. Restringe-se aqui execuo de estacas tipo hlice contnua,
porm, em tese, o procedimento pode ser aplicado a qualquer escavao rotativa
(incluindo tneis), bastando conhecer as foras externas atuantes durante o processo de
escavao e obter metodologias e aparatos de medio de parmetros para medir essas
foras de forma mais acurada.
O conceito de trabalho, realizado para executar uma estaca, um conceito bsico
definido como a rea sob o grfico fora x deslocamento que represente esta relao
para um determinado corpo que sofra a ao de uma fora externa ao longo de um
percurso determinvel. Pode ser considerado tambm o trabalho realizado por parcelas
no conservativas (atrito e adeso), porm essas foras so mais difceis de serem
medidas.
Tipler (1985) demonstra a existncia de uma relao entre o trabalho realizado
pela fora resultante atuante num sistema e a velocidade escalar do sistema nas posies
inicial e final, para o caso de foras constantes no tempo. Esta relao a base para a
afirmao clssica de que o trabalho realizado pela fora resultante igual variao de
energia cintica no sistema. A demonstrao do fato, apresentada em Tipler (1985)
mostrada a seguir:
W = (3.1)
(3.2)
(3.3)
Das equaes 3.1, 3.2 e 3.3, vem:
(3.4)
(3.5)
onde:
W = Trabalho [J];
F = Fora externa [N];
x = Componente de deslocamento na direo da fora externa [m];
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a = acelerao [m/s];
vf e vi = Velocidades final e inicial, respectivamente [m/s];
Ec = Energia Cintica [J];
Segundo Tipler (1985), o resultado mostrado acima vale tambm nos casos mais
gerais, em que a fora varia com a posio e nos casos de movimento geral nas trs
direes. Imagina-se uma curva qualquer (desde que contnua) e sobre a curva imagina-
se que uma partcula deslocada de um ponto para outro (pontos 1 e 2, por exemplo)
por uma fora que varia com a posio. Em um deslocamento infinitesimal da partcula
sobre a curva, pelo efeito da fora, realiza-se trabalho (W = Fs.s, sendo Fs a
componente de fora com a direo do deslocamento), no limite, quando s tende
zero. O trabalho pode ser calculado por: W =
. No caso mais geral o trabalho
realizado pela fora resultante ainda igual variao de energia cintica, como
demonstrado abaixo.
Da segunda lei de Newton:
(3.6)
Como a velocidade escalar funo das distncias percorridas na curva geral,
aplicando a regra da cadeia:
(3.7)
Ento:
(3.8)
Obtm-se ento, novamente, o teorema da energia cintica: "O trabalho devido
fora resultante igual variao da energia cintica da partcula" (Tipler, 1985).
Segundo Silva (2011), a variao ocorrida dentro do sistema de energia cintica