metodos semi empiricos

5/24/2018 Metodos Semi Empiricos

1/145

FUNDAO EM ESTACA HLICE CONTNUA: ESTUDO DE CASOEM OBRA DE VIADUTO NO MUNICPIO DE FEIRA DE SANTANA-BA.

Feira de Santana-BA2009

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA

Guido Martins de Andrade


2/145


Feira de Santana-BA

2009


Monografia apresentada Universidade Estadual de Feirade Santana, como parte dadisciplina Projeto Final II, paraobteno da graduao emEngenharia Civil.

rea do conhecimento:Geotecnia

Orientadora:Prof D.Sc. Maria do SocorroCosta So Mateus


3/145



Monografia apresentada Universidade Estadual de Feira de Santana, como

requisito para obteno da graduao em Engenharia Civil.

Feira de Santana-BA, 25 de maro de 2009.

Aprovador por:

_____________________________________________________

Maria do Socorro Costa So Mateus, D.Sc.

Universidade Estadual de Feira de Santana UEFS

(ORIENTADORA)

_____________________________________________________

Areobaldo Oliveira Aflitos, M.Sc.


(EXAMINADOR)

_____________________________________________________

Carlos Antnio Alves Queiroz


(EXAMINADOR)


4/145

Aos meus pais, irms e familiares, pelo apoio

e incentivo na concluso deste trabalho.


5/145

AGRADECIMENTOS

A toda minha famlia pelo carinho, apoio e momentos de felicidade ao longo da

minha vida, principalmente nestes ltimos anos, em especial s minhas irms, minhame, minha av Ercina e meu tio Reinan.

A prof. D.Sc. Maria do Socorro Costa So Mateus pela orientao, ateno, carinho

e pelos valiosos ensinamentos durante a realizao deste trabalho.

Aos grandes amigos, tanto da universidade, quanto fora dela, pelas alegrias e

ensinamentos.

Aos professores desta grande instituio de ensino (UEFS), pelos ensinamentos e

exemplo de postura profissional.

coordenadora da disciplina, pelas dicas e conselhos no decorrer destes ltimos

trs semestres.

Universidade Estadual de Feira de Santana.

Ao Banco Nordeste do Brasil S.A, agncia Feira de Santana, na pessoa dos

gestores, pela compreenso, apoio e flexibilizao dos horrios de trabalho.

Prefeitura Municipal de Feira de Santana, pela disponibilizao do material

necessrio realizao do estudo.

Enfim, a todos que contriburam direta ou indiretamente, para a concluso deste

trabalho.


6/145

RESUMO

Apresenta-se, neste trabalho, um estudo sobre a fundao adotada na

construo do viaduto do bairro da Cidade Nova, municpio de Feira de Santana-BA.O primeiro passo foi a realizao da reviso bibliogrfica sobre as caractersticas e o

processo executivo da estaca hlice contnua, dos equipamentos utilizados, das

vantagens e desvantagens deste tipo de fundao e dos mtodos tradicionais (Aoki

& Velloso, 1975; Dcourt & Quaresma, 1978) e especficos (Dcourt et al., 1996;

Antunes & Cabral, 1996; Alonso, 1996; Gotlieb et al., 2000; Krez & Rocha, 2000;

Vorcaro & Velloso, 2000) utilizados para a previso de sua capacidade de carga,

assim como sobre investigao geotcnica, em especial a sondagem de simples

reconhecimento com SPT. Em seguida, comentrios sobre o caso estudado, sualocalizao, algumas caractersticas geolgicas e geotcnicas, bem como

informaes sobre o ensaio de carregamento dinmico realizado. Na anlise dos

resultados dos oito mtodos de previso de capacidade carga, em comparao com

os resultados dos ensaios de carregamento dinmico realizados no local da obra,

para os quatro apoios estudados, verificou-se que os mtodos de Aoki & Velloso

(1975), Dcourt et al. (1996) e Antunes & Cabral (1996) so os mais conservadores,

os mtodos de Dcourt & Quaresma (1978), Alonso (2000) e Vorcaro & Velloso

(2000), apresentaram resultados intermedirios e os mais arrojados, Krez & Rocha

(2000) e Gotlieb et al. (2000), sendo que este ltimo foi o que apresentou previses

mais prximas dos resultados das prova de carga dinmica.


7/145

ABSTRACT

This work studies the foundation adopted at the construction of the viaduct of

the Cidade Nova district, municipality of Feira de Santana-BA. Initially it was done aliterature review about the characteristics and process of helix continuous cutting pile

installation, used equipments, the advantages and disadvantages of this type of

foundation and the traditional (Aoki & Velloso, 1975; Dcourt & Quaresma, 1978) and

specific methods (Dcourt et al., 1996, Antunes & Cabral, 1996; Alonso, 1996;

Gotlieb et al., 2000; Karez & Rocha, 2000; Vorcaro & Velloso, 2000) used for the

prediction of its bearing capacity, as well as geotechnical investigation, in particular

the Standard Penetration Test. Then comments about the case study, its site, some

geological and geotechnical characteristcs, as well as information on the dynamicload test performance. The analysis of eight methods for predict load capacity were

compared to the results of dynamic load tests done on the piles, to support the four

studied, we found that the methods of Aoki & Velloso (1975), Dcourt et al. (1996)

and Antunes & Cabral (1996) are more conservative, methods of Dcourt &

Quaresma (1978), Alonso (2000) and Vorcaro & Velloso (2000), showed

intermediate results and the most daring, Karez & Rocha (2000 ) and Gotlieb et al.

(2000), the latter was the closest predictions of the results of the proof of the dynamic

load.


8/145

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.1 Perfurao do terreno (obra estudada)............................................................ 26

Figura 2.2 Detalhe da hlice espiral, tubo central e dos dentes da extremidade .....27

Figura 2.3 Concretagem da estaca na obra do viaduto em Feira de Santana-BA..28

Figura 2.4 Retirada manual do solo entre as ps da hlice. .......................................... 29

Figura 2.5 Colocao da armadura aps a concluso da concretagem (obra

estudada)..................................................................................................... .................30

Figura 2.6 Modelo de equipamento utilizado no Brasil (FUNESP, 2001; apud

ALMEIDA NETO, 2002)................................................................................................................ 31

Figura 2.7a Modelo de equipamento utilizado para a monitorao eletrnica com

informaes no momento da perfurao de uma estaca na obra....................................33

Figura 2.7b Modelo de equipamento utilizado para a monitorao eletrnica com

informaes durante a concretagem de uma estaca da obra........................................... 33

Figura 2.7c Folha de rosto com as informaes da perfurao e concretagem da

estaca (ALMEIDA NETO, 2002)................................................................................................. 33

Figura 2.8 Sondagem de simples reconhecimento a percusso SPT.........................44

Figura 2.9 Esquema das parcelas de atrito lateral e resistncia de ponta para a

previso da capacidade de carga da estaca..............................................................47

Figura 3.1 Localizao do municpio de Feira de Santana-BA(http://maps.google.com.br/maps, acesso em 15/03/2009).......................................61


9/145

Figura 3.2 Localizao da obra no municpio de Feira de Santana-BA(http://maps.google.com.br/maps, acesso em 15/03/2009).......................................62

Figura 3.3 Croqui de localizao dos furos da sondagem a percusso (GEOMEC,

2008)..........................................................................................................................63

Figura 3.4 Resultado da sondagem a percusso SP-08 (GEOMEC, 2008)...........64

Figura 3.5 Planta com a localizao dos apoios 1 a 6 e dos furos de sondagem

SP-05, SP-04 e SP-08 (ANTW, 2008)........................................................................66

Figura 3.6 Esquema dos apoios 1 e 2 (ANTW, 2008).............................................67

Figura 3.6a Esquema dos apoios 1 e 2 da obra.....................................................67

Figura 3.7 Esquema dos apoios 5 e 6 (ANTW, 2008).............................................68

Figura 3.7a Esquema dos apoios 5 e 6 da obra.....................................................68

Figura 4.1 Comparao das cargas de ruptura obtidas no ensaio de prova de

carga dinmica e a partir dos mtodos de previso tradicionais e semi-empricos:

estacas do apoio AP1.................................................................................................................... 74

Figura 4.2 Cargas de ponta e por atrito lateral obtidas no ensaio de prova de carga

dinmica e a partir dos mtodos de previso tradicionais e semi-empricos: estacas

do apoio AP1 (comprimento das estacas igual a 16m)....................................................... 75


carga dinmica e a partir dos mtodos de previso tradicionais e semi-empricos:estacas do apoio AP2.................................................................................................................... 77



do apoio 2 (comprimento da estaca no projeto igual a 17m)............................................. 78


10/145

Figura 4.5 Resultado da sondagem a percusso SP-05 (GEOMEC, 2008)..............80



estacas do apoio AP5.................................................................................................................... 81



do apoio 5 (comprimento da estaca no projeto igual a 9m)............................................... 82

Figura 4.8 Resultado da sondagem a percusso SP-04................................................. 84



estacas do apoio AP6................................................................................................................... .85

Figura 4.10 Cargas de ponta e por atrito lateral obtidas no ensaio de prova de


estacas do apoio 6 (comprimento da estaca no projeto igual a 6m)...............................86

Figura 4.11 Resistncia de ponta para os quatro apoios obtida pelos mtodos

estudados.......................................................................................................................................... 90

Figura 4.12 Parcela de atrito lateral para os quatro apoios obtida pelos mtodos

estudados.......................................................................................................................................... 90

Figura 4.13 Esquema dos apoios 1 a 6 (ANTW,2008) ....................................................92

Figura 4.13a Esquema dos apoios 1 a 6 da obra .............................................................93

Figura 4.14 Resultados das provas de carga (mdia) versus os valores das

previses da capacidade de carga atravs dos oito mtodos estudados......................94


11/145

Figura 4.15 - Resultados das provas (1) de carga versus os valores das previses da

capacidade de carga atravs dos oito mtodos estudados............................................... 95

Figura 4.16 - Resultados das provas (2) de carga versus os valores das previses da

capacidade de carga atravs dos oito mtodos estudados............................................... 95


12/145

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.1 Caractersticas dos equipamentos (PENNA et al., 1999)..........................31

Tabela 2.2 Carga mxima estrutural do concreto no dimensionamento da estaca

hlice contnua (HACHICH, 1996)............................................................................................. 46

Tabela 2.3 Coeficientes AK e A (Aoki e Velloso, 1975).......................................50

Tabela 2.4 Coeficientes de transformao 1F e 2F (Aoki e Velloso, 1975)..............51

Tabela 2.5 Valores de Cem funo do tipo de solo (DCOURT & QUARESMA,

1978)................................................................................................................................................... 52

Tabela 2.6 Valores dos coeficientes D e D em funo do tipo de solo e do tipo

de estaca (HACHICH et al., 1996)............................................................................................. 53

Tabela 2.7 Parmetros 1 e 2 (ANTUNES e CABRAL, 1996)...................................54

Tabela 2.8 Limites de lr e valores de Al propostos por Alonso (1996) para

estacas hlice contnua................................................................................................................ 55

Tabela 2.9 Valores de Al (em kPa/kgf.m) em funo do tipo de solo para as

regies analisadas.......................................................................................................................... 57

Tabela 2.10 Resumo dos mtodos estudados................................................................... 60

Tabela 3.1 Estacas ensaiadas e caractersticas do ensaio (GEOMEC,

2008)...................................................................................... ...........................................70

Tabela 3.2 Resultado da anlise atravs do mtodo CASE. (GEOMEC,

2008)................................................................................................................................................... 70


13/145

Tabela 3.3 - Resultado da anlise atravs do mtodo CAPWAP (GEOMEC,

2008)............................................................................................. ...................................71

Tabela 4.1 Resumo dos resultados do apoio 1, para as parcelas de atrito lateral,

resistncia de ponta e total, atravs dos oito mtodos estudados...................................76







Tabela 4.5 Resumo do comportamento dos mtodos em relao a cada apoio.....87

Tabela A.1 Dados utilizados para o clculo da previso da capacidade de carga

para as estacas do apoio 1, atravs do mtodo de Aoki & Velloso (1975).................103

Tabela A.2 Clculo da parcela de atrito lateral para as estacas do apoio 1, atravs

do mtodos de Aoki & Velloso (1975).................................................................................... 104


para as estacas do apoio 1, atravs do mtodo de Dcourt & Quaresma (1978)....104

Tabela A.4 Coeficientes utilizados para a correo da parcela de atrito lateral e de

ponta, para estacas hlice contnua, propostos por Dcourt et al. (1996)..................105


para as estacas do apoio 1, atravs do mtodo de Antunes & Cabral (1996)...........106


14/145


do mtodos de Antunes & Cabral (1996).............................................................................. 106


para as estacas do apoio 1, atravs do mtodo de Alonso (2000)...............................107


do mtodos de Alonso (2000)................................................................................................... 107


para as estacas do apoio 1, atravs do mtodo de Gotlieb et al. (2000) ....................108


para as estacas do apoio 1, atravs do mtodo de Krez & Rocha (2000)................108


para as estacas do apoio 1, atravs do mtodo de Vorcaro & Velloso (2000)........109

Tabela A.12 Resumos dos resultados para as previses da capacidade de carga e

das provas de carga para as estacas do apoio 1............................................................... 110

Tabela A.13 Clculo da parcela de atrito lateral para as estacas do apoio 2,

atravs do mtodos de Aoki & Velloso (1975)..................................................................... 111



Tabela A.15 Dados utilizados para o clculo da previso da capacidade de cargapara as estacas do apoio 2, atravs do mtodo de Antunes & Cabral (1996)...........113


atravs do mtodos de Antunes & Cabral (1996)............................................................... 113


15/145




atravs do mtodos de Alonso (2000).................................................................................... 114


para as estacas do apoio 2, atravs do mtodo de Gotlieb et al. (2000). ...................115


para as estacas do apoio 2, atravs do mtodo de Krez & Rocha (2000)...............115


para as estacas do apoio 2, atravs do mtodo de Vorcaro & Velloso (2000).........116




atravs do mtodos de Aoki & Velloso (1975)..................................................................... 117Tabela A.24 Dados utilizados para o clculo da previso da capacidade de carga




Tabela A.26 Clculo da parcela de atrito lateral para as estacas do apoio 5,atravs do mtodos de Antunes & Cabral (1996)............................................................... 119




16/145


atravs do mtodos de Alonso (2000)................................................................................... 120


para as estacas do apoio 5, atravs do mtodo de Gotlieb et al. (2000). ...................121








atravs do mtodos de Aoki & Velloso (1975)..................................................................... 123






atravs do mtodos de Antunes & Cabral (1996)............................................................... 125

Tabela A.37 Dados utilizados para o clculo da previso da capacidade de cargapara as estacas do apoio 6, atravs do mtodo de Alonso (2000)...............................126


atravs do mtodos de Alonso (2000)................................................................................... 126


17/145


para as estacas do apoio 6, atravs do mtodo de Gotlieb et al. (2000) ....................127








18/145

LISTA DE SMBOLOS

ltP carga de ruptura, capacidade de carga ou carga ltima;

lP parcela transmitida por atrito lateral;

pP parcela transmitida pela ponta;

AK coeficiente tabelado que varia em funo do tipo de solo (Tabela 2.3);

A coeficiente tabelado que varia em funo do tipo de solo (Tabela 2.3);

nN nmero de golpes de SPT de cada camada;

nL comprimento de cada camada;

D dimetro da estaca;

n nmero de camadas;

PAN nmero de golpes SPT da camada de apoio da ponta da estava;

L comprimento da estaca;

N ndice de resistncia penetrao do ensaio SPT;

lN mdia dos valores de N ao longo do fuste, exceto o da camada da

ponta e do primeiro metro da superfcie;

C coeficiente tabelado que depende do tipo de solo (Tabela 2.5);

PDN mdia do nmero de golpes do ensaio SPT na camada da ponta da

estaca, imediatamente acima, imediatamente abaixo desta;

D coeficiente que vaira em funo dos diversos tipos de estacas e para

os diferentes tipos de solos (Tabela 2.6);

D coeficiente que vaira em funo dos diversos tipos de estacas e para

os diferentes tipos de solos (Tabela 2.6);

1 parmetro para o clculo do atrito lateral, que depende do tipo de solo

(Tabela 2.7);2 parmetro para o clculo da resistncia de ponta, que depende do tipo

de solo (Tabela 2.7);

U permetro da seo transversal do fuste da estaca;

lr adeso mdia na carga ltima ao longo do fuste da estaca ( sAl f. )

(Tabela 2.8);


19/145

l trecho onde se admite atrito lateral unitrio lr constante;

sf adeso calculada a partir do torque mximo (em kgf.m) e a penetrao

total (em cm) do amostrador, no ensaio SPT-T;

Al coeficiente de correo do atrito lateral sf , obtido atravs da

interpretao de provas de carga carregadas at as proximidades da

carga ltima (Tabela 2.8);

mxT torque mximo expresso em kfg.m;

h penetrao total do amostrador, em cm (geralmente 45 cm);

pA rea da projeo da ponta da estaca sobre um plano perpendicular ao

eixo da mesma;

)1(mnT mdia aritmtica dos valores de torque mnimo (em kgf.m) do trecho

D8 acima da ponta da estaca. Considera-se nulo os mnT acima do

nvel do terreno, quando o comprimento da estaca for menor do que

D8 ;)2(

mnT mdia aritmtica dos valores de torque mnimo (em kgf.m) do trecho

D3 , medido para baixo, a partir da ponta da estaca;

admP tenso admissvel a ser aplicada no topo da estaca (kPa);

tamdiodaponSPT mdia dos valores obtidos no trecho D8 acima e D3 abaixo da ponta

da estaca;

SPT somatrio dos SPTN ao longo do comprimento da estaca, sendo que os

valores SPTN limitados a 50;

SPTN soma de golpes de SPT ao longo do fuste da estaca;

krK 210 para argila, 250 para siltes e 290 para areia;

SPTN nmero de golpes de SPT na ponta da estaca;

px resistncia de ponta ( )(. pontaSPTp NA );

lx resistncia por atrito lateral ( )(fusteSPTNU );


20/145

SUMRIO

1 INTRODUO....................................................................................................... 21

1.1 JUSTIFICATIVA......................................................................................................... 221.2 OBJETIVOS................................................................................................................ 221.3 ESTRATGIA METODOLGICA........................................................................ 231.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA........................................................................ 23

2 REVISO BIBLIOGRFICA......................................................................... 252.1 HISTRICO................................................................................................................. 25

2.2 PROCESSO EXECUTIVO...................................................................................... 252.2.1 Perfurao................................................................................................................... 262.2.2 Concretagem.............................................................................................................. 27

2.2.3 Colocao da Armadura....................................................................................... 292.3 EQUIPAMENTOS...................................................................................................... 30

2.4 CONTROLE DE EXECUO................................................................................ 322.4.1 Controle do desempenho..................................................................................... 34

2.4.1.1 Prova de carga esttica......................................................................................... 35

2.4.1.2 Prova de carga dinmica...................................................................................... 36

2.5 ASPECTOS RELEVANTES NA EXECUO.................................................. 37

2.5.1 Procedimentos prvios execuo das estacas....................................... 372.5.2 Controle da concretagem..................................................................................... 38

2.5.3 Presso de injeo.................................................................................................. 382.5.4 Sistema de injeo do concreto........................................................................ 392.6 ASPECTOS GEOTCNICOS................................................................................ 392.6.1 Solos muito resistentes........................................................................................ 392.6.2 Camada de argila mole confinada.................................................................... 402.6.3 Camada de argila mole superficial................................................................... 402.6.4 Camada de areias puras na regio da ponta................................................ 402.7 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA ESTACA HLICE CONTNUA. 412.7.1 Vantagens................................................................................................................... 412.7.2 Desvantagens............................................................................................................ 422.8 INVESTIGAO GEOTCNICA 432.8.1 Sondagem de simples reconhecimento com SPT 44

2.9 ELEMENTOS PARA O DIMENSIONAMENTO DE FUNDAES EMESTACA....................................................................................................................... 45

2.10 MTODOS SEMI-EMPRICOS PARA A PREVISO DACAPACIDADE DE CARGA.................................................................................... 48

2.10.1 Mtodos tradicionais para a previso da capacidade de carga emestacas......................................................................................................................... 482.10.1.1 Mtodo de Aoki & Velloso (1975)...................................................................... 492.10.1.2 Mtodo de Dcourt & Quaresma (1978) ......................................................... 51


21/145

2.10.2 Mtodos especficos para a previso da capacidade de carga............ 52

2.10.2.1 Mtodo de Dcourt & Quaresma (1978) modificado por Dcourt etal. (1996) ...................................................................................................................... 53

2.10.2.2 Mtodo de Antunes & Cabral (1996)............................................................... 542.10.2.3 Mtodo de Alonso (1996)..................................................................................... 542.10.2.4 Mtodo de Gotlieb et al. (2000).......................................................................... 572.10.2.5 Mtodo de Krez & Rocha (2000) ..................................................................... 582.10.2.6 Mtodo de Vorcaro & Velloso (2000).............................................................. 59

3 ESTUDO DE CASO: CARACTERSTICAS E ENSAIOSREALIZADOS........................................................................................................ 61

3.1 CARCTERSTICAS DE FEIRA DE SANTANA-BA E LOCALIZAODA OBRA EM ESTUDO.......................................................................................... 61

3.2 CARACTERSTICAS GEOTCNICAS DO LOCAL DA OBRA.................. 633.3 ENSAIO DE CARREGAMENTO DINMICO.................................................... 69

4 ANLISE DOS RESULTADOS................................................................... 734.1 APOIO 1 (AP1) .......................................................................................................... 734.2 APOIO 2 (AP2) .......................................................................................................... 764.3 APOIO 5 (AP5) .......................................................................................................... 804.4 APOIO 6 (AP6) .......................................................................................................... 844.5 CONSIDERAES GERAIS................................................................................. 88

5 CONCLUSO......................................................................................................... 975.1 SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS.............................................. 98

REFERNCIAS..................................................................................................... 99

ANEXO A MEMRIA DE CLCULO DAS PREVISESDE CAPACIDADE DE CARGA................................................................... 103A.1 APOIO 1 (AP1)................................................................................................... 103A.2 APOIO 2 (AP2)................................................................................................... 110A.3 APOIO 5 (AP5)................................................................................................... 117A.4 APOIO 6 (AP6)................................................................................................... 123

ANEXO B PLANTAS DO PROJETO DA OBRAESTUDADA............................................................................................................. 130

ANEXO C RELATRIO DE SONDAGEM....................................... 133


22/145

21

1 INTRODUO

A engenharia de fundaes vem evoluindo constantemente em busca de

novos elementos de fundao, que possuam alta produtividade, ausncia devibraes e rudos na execuo, elevada capacidade de carga e controle de

qualidade durante a execuo da estaca, entre outros aspectos. Dentro deste

propsito surgiram no mercado recentemente e tiveram um grande desenvolvimento

nos ltimos anos, as estacas hlice contnua, sendo desde ento uma estaca de

enorme interesse comercial nos grandes centros urbanos do pas (ALMEIDA NETO,

2002).

A utilizao das estacas tipo hlice contnua tem conquistado cada vez mais

adeptos, tanto os projetistas e consultores, como tambm os construtores eempreendedores de modo geral. Tal fato deve-se, principalmente, ao grande avano

tecnolgico representado pelo seu processo de execuo, que tem grandes

vantagens em relao a outros tipos de fundao bastante difundidos no Brasil, tais

como: no interferir nas edificaes da vizinhana, no provocar vibrao ou rudo

tpico dos equipamentos percusso, possuir grande velocidade de execuo, com

mdia superior a 200m/dia, implicando em reduo significativa do cronograma da

obra, no ser afetada pelo nvel do lenol fretico (ALMEIDA NETO, 2002).

As fundaes do tipo escavadas refletem uma tendncia mundial. Segundovan Impe apud ANJOS (2006), as estacas escavadas representam mais da metade

da preferncia no mundo. Seu uso tem se estendido, alm de estaca de carga,

execuo de paredes de estacas para conteno de encostas, pr-furos para

estaqueamento com perfis metlicos ou estacas pr-moldadas de concreto,

objetivando a transposio de camadas do solo com SPT mais elevado.

A utilizao desta soluo bem restrita no municpio de Feira de Santana-

BA e este trabalho faz uma anlise da fundao em estaca hlice contnua adotada

no principal viaduto da cidade, que foi instalado no bairro da Cidade Nova. Para isto

foram levantados dados como: caractersticas da obra e do subsolo, cargas nas

fundaes, relatrios tcnicos, resultados de prova de carga.


23/145

22

1.1 JUSTIFICATIVA

A escolha do tema partiu do interesse em aprofundar os conhecimentos na

rea de Geotecnia, especialmente relacionados s solues em fundaesprofundas, aliado a um caso real de utilizao da estaca hlice contnua em Feira de

Santana-BA.

O uso deste tipo de estaca tem evoludo bastante em obras civis nos grandes

centros urbanos, em alguns casos com utilizao equiparada com as estacas pr-

moldadas e/ou escavadas (raiz, Franki, Strauss), e existem poucos estudos

publicados sobre este tipo de fundao no Nordeste do Brasil. Ressalta-se ainda o

enorme potencial desta fundao para se difundir na regio de Feira de Santana.

1.2 OBJETIVOS

Com base na reviso bibliogrfica e no estudo de caso da obra do viaduto,

pretendeu-se atingir os seguintes objetivos:

Geral

Estudar e conhecer os aspectos de projeto e construtivos da fundao em

estaca hlice contnua, adotada como soluo na construo do viaduto no bairro da

Cidade Nova, no municpio de Feira de Santana-BA. E, tambm, avaliar a

aplicabilidade dos mtodos de previso de capacidade de carga para essas estacas

no subsolo de Feira de Santana.

Especfico

a) Conhecer as caractersticas e o processo executivo das estacas.

b) Conhecer e analisar as caractersticas do subsolo do local da obra;


24/145

23

c) Conhecer as cargas de trabalho das fundaes;

d) Comparar os resultados dos ensaios de prova de carga com os resultados

obtidos dos diversos mtodos para previso de capacidade de carga.

1.3 ESTRATGIA METODOLGICA

a) Coleta de dados em literatura nacional e internacional;

b) Levantamento e anlise dos dados da obra: sondagem a percusso, projeto

de fundaes, relatrios tcnicos, caractersticas da obra, provas de carga;

c) Levantamento e acompanhamento fotogrfico;

d) Verificao da capacidade de carga da fundao estudada;

e) Anlise dos resultados e concluso.

1.4 ESTRUTURA DA MONOGRAFIA

Esta monografia foi dividida nos seguintes captulos:

CAPTULO 1 apresenta a motivao na escolha do tema, os objetivos e o

escopo deste trabalho.

CAPTULO 2 faz uma reviso bibliogrfica sobre as caractersticas e oprocesso executivo da estaca hlice contnua, dos equipamentos utilizados, assim

como as vantagens e desvantagens deste tipo de fundao; sobre investigao

geotcnica, em especial a sondagem de simples reconhecimento com SPT, e os

mtodos de previso de capacidade de carga estudados.


25/145

24

CAPTULO 3 comentrios sobre o caso estudado, sua localizao, algumas

caractersticas geolgicas e geotcnicas, bem como informaes sobre o ensaio de

carregamento dinmico realizado.

CAPTULO 4 apresenta os resultados dos ensaios de prova de carga e dos

mtodos de previso de capacidade carga, as anlises realizadas e algumas

consideraes gerais sobre estes resultados.

CAPTULO 5 mostra as principais concluses encontradas com base nas

anlises realizadas.


26/145

25

2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 HISTRICO

A utilizao de estacas executadas por meio de escavao com trado hlice

contnua (Conitnuos Flight Auger CFA), surgiu na dcada de 50 nos Estados

Unidos. Os equipamentos eram constitudos por guindastes de torre acoplada,

dotados de mesa perfuradora que executavam estacas com dimetros de 27,5 cm,

30 cm e 40 cm. No incio da dcada de 1970, esse sistema foi introduzido na

Alemanha, de onde se espalhou para o resto da Europa e Japo (PENNA et al.,

1999). As estacas hlice contnua sofreram um grande avano a partir da dcada de80 nos Estados Unidos, Japo e Europa, executadas inicialmente com

equipamentos adaptados e, posteriormente, com utilizao de equipamentos

apropriados e especficos para a execuo destas estacas.

No Brasil, as estacas hlice contnua foram introduzidas por volta de 1987. A

princpio com utilizao de equipamentos adaptados, mas despertando muito

interesse pelas vantagens e facilidades que o seu processo construtivo sugere. S a

partir de 1993, houve um grande progresso e desenvolvimento do uso destas

estacas no Brasil. Isto comeou com a importao de equipamentos especficospara executar estacas hlice contnua (PENNA et al., 1999)

A partir de ento, com utilizao de equipamentos importados com maior

fora de arranque e com torques de at 85 KN.m, viabilizou-se a execuo de

estacas de at 800 mm de dimetro e comprimento mximo de 24 metros. Hoje em

dia, possvel executar estacas com 1.200 mm de dimetro e 32 metros de

comprimento e com a contnua evoluo dos equipamentos, o portiflio de opes

de dimetros e profundidades tende a aumentar (ALMEIDA NETO, 2002).

2.2 PROCESSO EXECUTIVO

A execuo das estacas hlice contnua pode ser dividida em trs etapas:

perfurao, concretagem simultnea a extrao da hlice do terreno, e colocao da


27/145

26

armadura.

2.2.1 Perfurao

A perfurao executada por cravao da hlice no terreno, como mostra a

Figura 2.1, por meio de movimento rotacional provenientes de motores hidrulicos

acoplados em sua extremidade, com um torque apropriado para que a hlice vena

a resistncia do solo, atingindo a profundidade determinada em projeto. A

perfurao executada sem que em nenhum momento a hlice seja retirada do

furo.

Figura 2.1 Perfurao do terreno (obra estudada)

A haste de perfurao constituda da hlice espiral, responsvel pela

retirada de solo, e um tubo central unido a esta hlice. A hlice composta dedentes em sua extremidade inferior que facilitam a sua penetrao no solo (Figura

2.2). Para os casos de terrenos mais resistentes, esses dentes normalmente so

substitudos por pontas de wdia. Para evitar a entrada de solo ou gua na haste

tubular, durante a fase de perfurao, existe na extremidade inferior da hlice uma

tampa metlica provisria que expulsa na concretagem. Esta tampa geralmente

recupervel.


28/145

27

Figura 2.2 Detalhe da hlice espiral, tubo central e dos dentes da

extremidade.

2.2.2 Concretagem

A concretagem da estaca comea depois de atingida a profundidade

desejada, por bombeamento do concreto pelo interior da haste tubular. O concreto

sai do caminho betoneira, como pode ser visto na Figura 2.3, sendo injetado pela

extremidade superior da haste. A tampa provisria expulsa devido presso do

concreto e a hlice passa a ser extrada pelo equipamento, sem girar ou, no caso de

terrenos arenosos, girando muito lentamente no sentido da perfurao.

O concreto injetado sob presso positiva. A presso positiva objetiva

garantir a continuidade e a integridade do fuste da estaca e, para isto, necessria

a observao de dois aspectos executivos fundamentais nesta fase. O primeiro

garantir que a ponta do trado, durante a perfurao, tenha atingido um solo quepermita a formao da bucha, para que o concreto injetado se mantenha abaixo da

ponta da estaca, evitando que o mesmo retorne pela interface solo-trado. O segundo

aspecto o controle da velocidade de retirada do trado, de forma que sempre haja

um sobre-consumo de concreto (ALMEIDA NETO, 2002).


29/145

28

Figura 2.3 Concretagem da estaca na obra do viaduto em Feira de Santana-BA.

A resistncia caracterstica (fck) do concreto normalmente, de 20 MPa, deve

ser bombevel e composto de areia e pedrisco. O consumo de cimento elevado,

entre 400 a 450 Kg/m3 e facultado o uso de aditivos plastificantes. A relao gua-

cimento geralmente fica em torno de 0,53 a 0,56. O abatimento do tronco de cone

(slump) do concreto situa-se entre 200 e 240 mm. Assim como a perfurao,

imprescindvel que a concretagem ocorra de forma contnua e ininterrupta. Desta

maneira, as paredes onde se formar a estaca ficaro sempre suportadas pelo solo

presente entre as ps da hlice, acima da ponta do trado, e pelo concreto que

injetado, abaixo da face inferior da hlice.

Usualmente utilizada bomba de concreto acoplada ao equipamento de

perfurao atravs de mangueira flexvel de 100 mm de dimetro interno.

O preenchimento da estaca com concreto frequentemente executado at a

superfcie de trabalho, mas possvel o seu arrasamento abaixo do nvel do terreno,

desde que sejam tomadas as providncias quanto a estabilidade do furo no trecho

no concretado e a insero da armao.

Durante a retirada do trado, a limpeza do solo contido entre as ps da hlice

procedida de forma manual ou com um limpador de acionamento hidrulico ou

mecnico acoplado ao equipamento, que remove o material, sendo este, deslocado

para fora da regio do estaqueamento, normalmente com utilizao de p

carregadeira de pequeno porte.


30/145

29

A Figura 2.4 mostra a limpeza da hlice de forma manual.

Figura 2.4 Retirada manual do solo entre as ps da hlice

2.2.3 Colocao da armadura

As estacas hlice contnua tm suas armaduras inseridas somente aps a

concluso da concretagem e isso limita o comprimento da armadura, assim como

pode inviabilizar o uso desta soluo quando sujeita a esforos de trao ou quando

utilizadas como elemento de conteno. A literatura internacional recomenda que as

armaduras sejam instaladas por vibrao, mas tambm so inseridas por gravidade

e por compresso de um pilo. Entretanto, a colocao da armadura por golpes de

um pilo tem sido, na prtica, a mais utilizada no Brasil. A utilizao de pilo permitiu

executar estacas com armadura de comprimento superior a 17 metros na Estao

da Luz no Estado de So Paulo (ALMEIDA NETO, 2002).

A Figura 2.5 mostra o momento da colocao da armadura aps a retirada do

trado, onde a armadura inserida por gravidade.


31/145

30

Figura 2.5 Colocao da armadura aps a concluso da concretagem (obra

estudada).

2.3 EQUIPAMENTOS

Para execuo desta estaca no terreno, utiliza-se uma perfuratriz dotada dos

seguintes elementos: torre metlica vertical, mesa rotativa de acionamento

hidrulico, trados de hlice contnua que pode ser de vrios dimetros, sistema de

monitoramento eletrnico e ferramentas de limpeza do trado. A Figura 2.6 mostra

um modelo de equipamento utilizado no Brasil.

A profundidade da estaca a ser executada determina a altura da torre

metlica, sendo que sua extremidade possui duas guias, onde a inferior pode ser

substituda pelo limpador do trado. A mesa rotativa responsvel pela aplicao do

torque necessrio para o rompimento do solo compatvel com o dimetro e a

profundidade da estaca. Esta mesa possui um guincho dimensionado em funo das

solicitaes de trao necessrias para a retirada do trado ao final da escavao.

Durante a etapa de concretagem, quem recebe a mangueira de concreto

proveniente da bomba.


32/145

31

Figura 2.6 Modelo de equipamento utilizado no Brasil (FUNESP, 2001; apud

ALMEIDA NETO, 2002).

No Brasil, estes equipamentos so classificados em trs grupos em funo de

suas caractersticas. Nestas caractersticas, esto a capacidade executiva

(principalmente relacionado ao torque) e trao imposta pelo equipamento quando

da retirado do trado cheia de solo entre as ps da hlice aps o final da perfurao e

durante a concretagem.

Tabela 2.1 Caractersticas dos equipamentos (PENNA et al., 1999).

GRUPO 1 GRUPO 2 GRUPO 3

Torque (kN.m) 30 80-100 150-250Dimetro Mximo (mm) 425 800 1200

Comprimento Mximo (m) 15 23 28

Trao (kN) 60-100 150-300 400-700

Peso do Conjunto (kN) 200 400 650-800


33/145

32

Com a evoluo crescente dos equipamentos ao longo dos ltimos anos, os

torques foram aumentados, permitindo assim a utilizao de hlices com dimetros

maiores e escavao em camadas de solos mais resistentes (SPT acima de 50).

A capacidade de trao do equipamento quem determina a maior ou menor

facilidade de retirada do trado durante a etapa da concretagem, processo que exige

grandes esforos, devido principalmente ao seu atrito com o solo, peso do material

entre as ps da hlice, peso prprio e ainda ao concreto no interior da haste.

A geometria do trado deve ser estabelecida em funo do tipo de solo a ser

perfurado, do tipo e inclinao da lmina de corte acoplada em sua ponta, do passo

da hlice e da inclinao em relao vertical. Estas caractersticas vo influenciar

na velocidade de perfurao, na capacidade de atravessar camadas resistentes e na

quantidade de solo retirado durante a descida do trado (PENNA et al., 1999).

2.4 CONTROLE DE EXECUO

A estaca hlice contnua monitorada na execuo por meio de um sistema

computadorizado especfico. Existem diversos equipamentos para o monitoramento,

mas o comumente utilizado no pas o aparelho chamado Taracord. Estes

equipamentos fornecem os seguintes dados durante a execuo da estaca:profundidade, tempo, inclinao da torre, velocidade de penetrao do trado,

velocidade de rotao do trado, torque, velocidade de retirada (extrao) da hlice,

volume de concreto lanado, e presso do concreto. As Figuras 2.7a mostra modelo

deste aparelho com informaes no momento da perfurao e a Figura 2.7b

apresenta algumas informaes durante a concretagem. Ao final da execuo da

estaca, o sistema emite uma folha de controle com os referidos dados. Esta folha

pode ser armazenada em carto de memria e, posteriormente, transferida para um

computador no escritrio, ou impressa no prprio local da obra com o uso de umaimpressora de campo ligada ao equipamento por meio de interface paralela. A

Figura 2.7c apresenta um modelo desta folha de rosto.


34/145

33

(a) (b)

Figura 2.7 Modelo de equipamento utilizado para a monitorao eletrnica. a) com

informaes no momento da perfurao de uma estaca da obra; b) com informaes

durante a concretagem de uma estaca da obra.

Figura 2.7c Folha de rosto com as informaes da perfurao e concretagem da

estaca (ALMEIDA NETO, 2002)

Apesar do monitoramento fornecer o valor do sobre-consumo de concreto e a

variao da seo ao longo da profundidade, a preciso e a confiabilidade destes


35/145

34

pode ser discutvel. Imprecises e inconsistncias nos dados fornecidos pelo

monitoramento podem ocorrer, por diversos motivos, dentre eles: sistema de

monitoramento avariado ou no calibrado de forma correta, danos nos sensores,

bombas com muito uso ou sem manuteno (causando menor eficincia e

conduzindo, geralmente, a erros de medida de volume de concreto e, por

conseqncia, de presso de injeo), medidores mal ou no calibrados e defeito

nos cabos de transmisso de dados, entre outros (ALMEIDA NETO, 2002).

A preciso no valor de sobre-consumo ou subconsumo de concreto depende

da preciso do volume medido. O volume de concreto fornecido por um transdutor

de presso que informa o volume de concreto por bombeada, ou seja, a cada pico

de presso. A medida correta do volume de concreto muito importante, pois

atravs dela e por meio de correlaes, possvel determinar se o fuste da estacaesta ntegro, ou se est havendo seccionamento.

2.4.1 Controle do desempenho

A tcnica de fundaes acompanha o homem desde a Pr-histria e uma das

grandes preocupaes da Engenharia Geotcnica, j h muitos anos, a avaliao

da segurana em obras com fundao profunda, mesmo aceitando-se atualmente aidia de que a questo da segurana e da confiabilidade de obras geotcnicas pode

sofrer, em geral, mais influncia do processo executivo do que propriamente da fase

de projeto. Portanto, o controle da qualidade na execuo essencial para garantir

uma perfeita transmisso de carga da superestrutura para o solo.

Segundo Niyama et al. (1996), existe um conjunto de procedimentos e

tcnicas com objetivo de verificar o desempenho de uma fundao, tais como: as

provas de carga estticas (de carregamento lento slow maintained load test ou

SML, a uma velocidade de recalque constante constant rate of penetration testouCRP, rpido em estgio quick maintained load test ou QML, em ciclos de carga e

descarga cyclic load test ou CLT e cclico swedish cyclic test ou SCT), prova de

carga dinmica, nega e repique, statnamice clulas expansivas. A norma brasileira

para fundao profunda adota em igualdade de condies os ensaios SML e QML.


36/145

35

No caso especfico para estacas, as normas tcnicas da ABNT para estes

ensaios englobam: Estacas prova de carga esttica, NBR-12131/91 e Estacas

ensaio de carregamento dinmico, NBR-13208/94.

A NBR-6122 Projetos e Execuo de Fundaes (ABNT, 1996), em seu

item 7.8.3.6.2, recomenda a verificao da capacidade de carga durante a execuo

das fundaes e, para isso, existem os mtodos estticos (prova de carga esttica)

e os ensaios de carregamento dinmico, analisando os dados da instrumentao de

uma seo da estaca (FO, 2001) durante a sua execuo.

A prova de carga o mtodo mais indicado para prever o comportamento real

da estaca submetida aos esforos solicitantes. A NBR-6122 (ABNT, 1996)

recomenda a utilizao de um fator de segurana mnimo igual a 1,6 para o clculo

da carga admissvel, quando se realiza um nmero de prova de carga adequado emuma obra, enquanto que este valor sobe para 2,0 se no forem realizadas provas de

carga. A norma recomenda que as provas de carga estticas devem ser executadas

em nmero de 1% do conjunto de estacas de mesmas caractersticas, respeitando-

se o mnimo de uma prova de carga, e 3% para os ensaios de carregamento

dinmico, respeitando-se o mnimo de trs.

A prova de carga esttica, de maneira geral, representa melhor a forma do

carregamento real sobre a estaca. Entretanto, este mtodo exige um grande sistema

de reao, o que pode onerar sobremaneira a sua execuo. Por isso, e em acordocom a norma brasileira, o tipo de ensaio de carregamento dinmico o mais

utilizado no Brasil (MAGALHES, 2005).

2.4.1.1Prova de carga esttica

O ensaio de carregamento esttico uma metodologia bem definida e seu

principal objetivo observar o comportamento da fundao para nveis de cargacrescente, at o limite de carga ou completa ruptura do sistema estaca-solo.

Alonso (2000a) chama ateno sobre a opinio de alguns autores sobre a

questo da prova de carga esttica ser o nico ensaio que reproduz as condies de

trabalho de uma estaca, pois os ensaios dinmicos no prescindiro de correlaes.

Existem diversas mtodos para o ensaio de carregamento esttico, que

conduzem a diferentes resultados de capacidade de carga esttica, mas aborda-se,


37/145

36

de maneira resumida, apenas o ensaio de carregamento lento, com nico ciclo de

carga e descarga, conforme prescrio da NBR-12131 Estacas: Prova de Carga

(ABNT, 1991).

Nesta modalidade, o sistema estaca solo submetido aplicao de carga

esttica em estgios crescentes, com incrementos iguais, onde em cada estgio a

mantida a carga at a estabilizao dos recalques ou por um intervalo mnimo de 30

minutos. A estabilizao dos recalques ocorre quando a diferena entre as leituras

no instante t e t/2 resultar em at 5% do deslocamento ocorrido no estgio anterior

(NBR 12.131 ABNT, 1991). Cada incremento de carga limitado a 20% da carga

de trabalho prevista em projeto.

A ruptura do sistema estaca-solo caracterizada quando um pequeno

acrscimo de carga provoca um grande recalque, denominada carga esttica ltima.

2.4.1.2 Prova de carga dinmica

A prova de carga dinmica um ensaio que pretende obter a estimativa da

capacidade de carga esttica do sistema estaca-solo, a partir da imposio de um

carregamento dinmico axial sobre o topo da estaca, sendo que a anlise feita

com base nos princpios da teoria da onda, aplicada cravao ou recravao deestaca, conforme NBR 13208 (ABNT, 1994).

O ensaio tradicional consiste na aplicao de um ciclo de impactos de energia

constante no topo da estaca, ou seja, o peso (martelo) caindo de uma mesma altura,

sobre o sistema de amortecimento instalado no topo da estaca. Mais tarde, em

1989, Aoki desenvolveu uma nova metodologia que ficou conhecida como ensaio de

carregamento dinmico de energia crescente. A altura de queda do peso sobre o

sistema de amortecimento da estaca crescente e, com auxlio de equipamento

Pile Driving Analyzer (PDA), so medidos em campo a resistncia estticamobilizada por cada golpe do martelo (RMX) e o deslocamento mximo imposto

(DMX), na seo onde so instalados os transdutores, determinando assim a curva

RMX versus DMX, similar curva carga-recalque obtida em uma prova de carga

esttica (FO, 2001).


38/145

37

Para a estaca hlice contnua, o ensaio dinmico realizado aps a sua

concretagem. No topo da estaca concreta-se um bloco de coroamento, que receber

os golpes do martelo e onde sero instalados os transdutores.

importante usar um martelo capaz de aplicar uma energia que mobilize o

mximo possvel da resistncia disponvel do solo. Para estacas moldadas in loco, a

norma sugere o uso de um pilo com peso equivalente a de 1 % a 1,5% da carga de

ruptura que se deseja medir. Para fator de segurana mnimo igual a 2,0, isto

corresponde a de 2% a 3% da carga de trabalho. Por exemplo, estaca para carga de

trabalho igual a 100 tf, com fator de segurana igual a 2,0 necessrio medir 200 tf.

O pilo dever ter de 2 a 3 tf. Os martelos utilizados nos ensaios realizados na obra

foram de 2,50 e 2,85 tf.

Os registros do equipamento PDA dos ensaios de carregamento dinmico socaptados e analisados por duas ferramentas desenvolvidas para este fim,

denominados por CASE, por ter sido criado pelo Case Institute of Techonology, e

CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program). Posteriormente, esta ltima

ferramenta foi implementada, pela necessidade de analisar estacas cada vez mais

profundas (acima de 30 metros), originando o CAPWAPC (Case Pile Wave Analysis

Program Continuous Model) (FO, 2001).

A instrumentao e ensaio dinmico consistem na avaliao da capacidade

de carga mobilizada em campo pelo mtodo CASE e, em seguida, faz-se umaavaliao mais acurada, pelo software CAPWAP, que utiliza os sinais de fora e

velocidade gravados in loco.

2.5 ASPECTOS RELEVANTES DA EXECUO

Dentre os diversos aspectos que influem na correta execuo das estacas

hlice contnua, pode-se destacar, os que seguem (ALMEIDA NETO, 2002):

2.5.1 Procedimentos prvios execuo das estacas

Antes do incio da execuo das estacas, necessria a observncia de

alguns procedimentos importantes. Devido ao tamanho e porte dos equipamentos


39/145

38

necessrios para a execuo destas estacas, de vital importncia a avaliao de

possveis trajetos e itinerrios para acesso ao local da obra e instalaes. Tambm,

de acessibilidade e deslocamentos da perfuratriz dentro das instalaes da prpria

obra, e de capacidade de suporte do terreno com relao ao equipamento.

Deve ser previamente estudada e definida a programao de fornecimento do

concreto, de maneira a evitar quaisquer atrasos e conseqentes interrupes ou

impossibilidade da conduo dos trabalhos de concretagem.

2.5.2 Controle da concretagem

Este talvez seja o item mais importante para a garantia de qualidade da

estaca. Ao mesmo tempo o fator que tem causado os maiores problemas emestacas hlice na prtica, no s por dificuldades de se obter um concreto de

qualidade devido ao processo executivo, mas tambm, em razo do concreto no

ser de responsabilidade da empresa executora da estaca, e sim da concreteira

(fornecedora de concreto), que normalmente contratada pela construtora da obra,

e no pela empresa executora das fundaes.

A substituio do pedrisco por p de pedra, por exemplo, pode causar perda

de resistncia da estaca e efeito bucha no concreto durante a concretagem ou at

mesmo entupimento da mangueira. Um outro aspecto que pode causar perda dedesempenho em estacas hlice contnua, diz respeito etapa de incio ou reincio da

concretagem, ao trmino do concreto de um caminho e incio do bombeamento de

concreto de um novo caminho. Pode haver uma subida demasiadamente rpida da

perfuratriz.

2.5.3 Presso de injeo

A presso de injeo do concreto influi na homogeneidade e integridade da

estaca. A presso normalmente utilizada de 1 a 2 bar (100 a 200 KPa), sendo zero

para os casos de execuo em camadas de argilas moles ou solos muito fracos.

Esta presso tambm pode influir na capacidade de carga das estacas.

Possivelmente, maior presso de injeo leva a um maior confinamento lateral no

fuste da estaca e a um maior atrito lateral na mesma.


40/145

39

2.5.4 Sistema de injeo do concreto

Para que a estaca seja corretamente executada e produza os padres de

qualidade e desempenho, conforme previsto em projeto, importante que o sistema

de injeo de concreto (bomba, mangueira etc.), esteja em perfeito estado de

funcionamento.

Antes de comear a primeira estaca do dia posterior, o tubo precisa de

lubrificao para permitir a fluncia normal do concreto. Para esta lubrificao,

costuma-se misturar dois sacos de cimento (de 50 kg) em cerca de 200 litros de

gua (calda de lubrificao) dentro do cocho. Ento, a calda lanada por meio de

bombeamento, como se a estaca estivesse sendo concretada. Quando toda a calda

tiver sido lanada fora e se estiver garantido que toda a rede j est com concreto,interrompe-se o lanamento do mesmo, coloca-se a tampa do trado e inicia-se a

perfurao da estaca. O descumprimento deste procedimento pode comprometer o

desempenho da estaca.

2.6 ASPECTOS GEOTCNICOS

So relacionados a seguir alguns problemas e orientaes importantes na execuode estacas hlice contnua, referentes ao subsolo.

2.6.1 Solos muito resistentes

A execuo neste tipo de terreno merece uma ateno especial, pois para

garantir o comprimento mnimo da estaca, necessrio algumas vezes, aliviar a

perfurao, ou seja, girar o trado parado para quebrar o atrito e possibilitar o avano.Tal procedimento, na medida em que transporta o solo, provoca desconfinamento do

terreno e, assim, reduo da capacidade de carga. Este alvio, tambm pode ser

necessrio, em algumas vezes na extrao da hlice. Na ocorrncia desta situao,

Penna et al. (1999) recomenda reduzir a carga sobre a estaca do que correr o risco

de comprometer o trado ao ser forado a penetrar muito na camada resistente.


41/145

40

2.6.2 Camada de argila mole confinada

A execuo em camadas de argilas moles confinadas problemtica em

relao a um elevado sobre-consumo de concreto e ruptura do solo em razo da

presso do concreto. Na concretagem, tem de haver um controle rigoroso da subida

do trado, para garantir o sobre-consumo, e assim, a integridade da estaca. Como o

solo frgil e o concreto injetado sob presso, o sobre-consumo dever ser

grande, por ruptura do solo desta camada. Normalmente por estes motivos,

concreta-se sob presso nula nesta camada (ALMEIDA NETO, 2002).

2.6.3 Camada de argila mole superficial

O maior problema, nesta situao, o peso do equipamento que pode ser

excessivo para a capacidade de suporte do terreno. Em alguns casos, toda esta

camada retirada atravs de escavao da camada superficial at se atingir uma

camada de maior capacidade de carga, para suporte do equipamento de execuo

da estaca.

Por falta de capacidade de suporte do solo, a concretagem no pode ser feita

tambm com presso. Normalmente a presso de concretagem para este tipo desolo zero. Por isso, recomenda-se armar a estaca ao longo de toda camada mole.

Cita-se ainda a possibilidade, do trado hlice contnua, puxar o equipamento

de execuo para baixo, com a hlice ficando instvel ou at mesmo tombar antes

da perfurao.

Com relao execuo da estaca, a concretagem deve ser feita at atingir a

cota do terreno, pois, caso contrrio, pode haver desmoronamento de solo que pode

contaminar o concreto da cabea da estaca (ALMEIDA NETO, 2002).

2.6.4 Camadas de areias puras na regio da ponta

Em estacas hlice contnua, neste tipo de terreno, deve-se ter cuidado para

garantir a resistncia de ponta. Para isto, deve-se iniciar a concretagem com giro

lento do trado, no sentido da introduo do trado, de modo a criar um componente


42/145

41

ascendente e evitar a queda de gros de areia. Esse giro deve ser lento para

minimizar o efeito de transporte, evitando assim, o desconfinamento do solo

(ALMEIDA NETO, 2002).

2.7 VANTAGENS E DESVANTAGENS DA ESTACA HLICE CONTNUA

No meio tcnico da engenharia de fundaes, nos ltimos anos tem

aumentado a preocupao com o uso de estacas que diminuam ou, se possvel,

eliminem as vibraes causadas durante sua execuo, um dos grandes

inconvenientes relacionado s estacas pr-moldadas.

2.7.1 Vantagens

As estacas hlice contnua apresentam (HACHICH, 1996):

a) Alta produtividade, diminuindo substancialmente o cronograma da obra

com utilizao de apenas uma equipe de trabalho;

b) O processo de execuo no provoca distrbios e vibraes tpicos dosequipamentos geralmente utilizados para estacas cravadas, alm da percusso no

causar descompresso do solo;

c) grande a variedade de solos em que pode ser utilizada este tipo de

estaca, inclusive rochas brandas, exceto na presena de mataces e rochas.

Entretanto, para subsolos para subsolos contendo camadas de areia fofa submersa,

ser necessrio reavaliar a utilizao deste tipo de estaca;

d) Podem perfurar solos com SPT acima de 50 e a perfurao no gera

detritos poludos por lama bentontica, eliminando os inconvenientes relacionados disposio final do material resultante da escavao.

Outras vantagens apresentadas pela estaca hlice contnua (ALMEIDA

NETO, 2002):

a) Execuo monitorada eletronicamente;


43/145

42

b) Perfurao sem necessidade de revestimento ou fluido de estabilizao

(lama bentontica ou polmeros) para conteno do furo, pois o solo fica contido

entre as ps da hlice;

c) Podem ser utilizadas na presena de nvel de gua;

d) A injeo de concreto sob presso garante uma melhor aderncia no

contato estaca-solo.

2.7.2 Desvantagens

Segundo Hachich (1996) e Almeida Neto (2002), as principais desvantagens

deste tipo de estaca so:

a) As reas de trabalho devem ser planas e de fcil movimentao, devido ao

porte dos equipamentos, assim como o solo deve ter capacidade de suportar o peso

dos equipamentos, durante seu transporte e execuo da estaca;

b) Devido a sua alta produtividade e do alto volume de concreto demandado

durante a execuo das estacas, necessria a presena de uma central de

concreto nas proximidades do local da obra;

c) Necessidade de um equipamento para a limpeza do material geradodurante a escavao, a exemplo de uma p-carregadeira;

d) Limitao do comprimento da estaca e armao;

e) Necessidade de uma quantidade mnima de estacas para compensar o

custo, normalmente elevado, de mobilizao dos equipamentos. Sua utilizao em

locais distantes dos centros, onde normalmente estes equipamentos so

disponveis, tende a elevar ainda mais o custo de transporte do maquinrio. Cabe

ressaltar que o custo deste tipo de fundao dever ser contextualizado no custo

total da obra, ou seja, a participao do seu valor no montante total; f) A qualidade na execuo depende da sensibilidade e experincia do

operador da perfuratriz de execuo da hlice.


44/145

43

2.8INVESTIGAO GEOTCNICA

Qualquer obra de engenharia civil exige um conhecimento mnimo de

mecnica dos solos. Para a elaborao de projetos de fundaes, necessrio

conhecer as diversas camadas do subsolo e determinar as suas propriedades

mecnicas. A obteno destas propriedades pode ser feita atravs de ensaios de

laboratrio ou de campo. Na prtica, entretanto, h predominncia quase que total

dos ensaios in situ, ficando a investigao laboratorial restrita a outros projetos que

no os de fundaes ou, ento, tendo o objetivo de complementarem informaes

obtidas no campo. Existem vrios ensaios de campo, dentre os quais esto citados

aqueles que esto relacionados com a resistncia dos solos:

- O Standard Penetration Test SPT;

- O Standard Penetration Test com medidas de torque SPT-T;

- O ensaio de penetrao de cone CPT;

- O ensaio de palheta Vane Test;

O SPT, tambm chamado de sondagem a percusso ou de simples

reconhecimento, sem dvida, o ensaio mais realizado na grande maioria dos

pases, inclusive no Brasil. Ressalta-se que nos ltimos anos a tendncia substitu-lo pelo SPT-T, que tem relativamente o mesmo custo e mais completo (HACHICH,

1996), por que alm da medida dinmica (N), obtm-se tambm uma medida

esttica (o torque pode ser utilizado para aferir a resistncia esttica de atrito

lateral), alm de eliminar grande parte dos erros do ensaio tradicional SPT,

decorrentes de fatores tais como o peso da massa cadente, atrito das hastes, altura

de queda do martelo, contagem do nmero de golpes, peso e rigidez das hastes,

estado do amostrador, tipo de corda, etc. (PRESA, 1997).

Este trabalho apresenta apenas a descrio do SPT, tendo em vista que foieste o ensaio utilizado na obra em estudo para o dimensionamento das fundaes,

alm dos resultados de prova de carga dinmica.


45/145

44

2.8.1 Sondagem de simples reconhecimento com SPT

Este ensaio normatizado no Brasil pela NBR-6484 (ABNT, 2001), que

consiste basicamente na cravao do amostrador padro no solo, atravs de queda

livre de um martelo de 65 kg, caindo de uma altura de 75 cm. As caractersticas do

amostrador esto especificadas na referida norma.

Previamente execuo das sondagens, determina-se em planta, no terreno

a ser investigado, a posio dos furos que sero perfurados. A NBR 8036 (ABNT,

1983) determina como deve ser realizada a programao das sondagens de simples

reconhecimento para fundaes de edifcios. Nestes casos, procura-se dispor os

furos nos limites de projeo do edifcio, com distancia de 15 a 30 metros e no

alinhados. Nas investigaes preliminares de reas extensas para estudo deviabilidade, a distncia entre os furos de 50 a 100m e quando da definio do

projeto, a investigao deve ser complementada, conforme mencionado

anteriormente (HACHICH,1996).

Para iniciar uma sondagem, monta-se sobre o terreno, no ponto onde esto

locados os furos, um cavalete de quatro pernas; em seu topo montado um

conjunto de roldanas, por onde passa uma corda, geralmente de sisal. Este conjunto

auxiliar no manuseio e levantamento do peso, como pode ser observado na

Figura 2.8.

Figura 2.8 Sondagem de simples reconhecimento a percusso SPT.


46/145

45

Com o auxilio de um trado cavadeira, perfura-se o terreno at a

profundidade de 1m para o comeo da penetrao dinmica. Atravs de sucessivas

quedas do martelo, penetra-se 45 cm do amostrador, sendo anotado o nmero de

golpes para cada avano de 15 cm (NBR- 6484, ABNT, 2001). A soma do nmero

de golpes necessrios para a penetrao dos primeiros 30 cm conhecido como Ni

(SPT inicial) e a soma para os ltimos 30 cm o Nf (SPT final) ou N, como

denominado (GEOMEC, 2008).

Segundo Hachich (1996), a sondagem percusso um procedimento

geotcnico de campo, capaz de amostrar o solo e, quando associado ao ensaio de

penetrao dinmica (SPT), mede a resistncia do solo ao longo da profundidade

perfurada, portanto, ao realizar este ensaio, pretende-se conhecer:

- O tipo de solo atravessado, a partir da retirada de uma amostra de solo

deformada, a cada metro de perfurao

- A espessura de cada camada

- A resistncia (N) oferecida pelo solo cravao do amostrador padro, a

cada metro perfurado e

- A posio do nvel ou dos nveis dgua, quando encontrados durante e

perfurao.

Estas informaes so necessrias para o clculo da tenso admissvel do

solo, escolha do tipo de fundao a ser adotada, cota de assentamento do elemento

de fundao, dimensionamento da fundao, estimativa da capacidade de carga e

recalque da fundao no solo.

2.9 ELEMENTOS PARA O DIMENSIONAMENTO DE FUNDAES EM ESTACA

A determinao da capacidade axial de suporte de fundaes pode ser

realizada por mtodos analticos (diretos e indiretos), que so baseados nas

propriedades do solo obtidas atravs de ensaios de laboratrio ou campo (in situ),

por mtodos dinmicos e, por ltimo, baseados em resultados de prova de carga

(ANJOS, 2006).


47/145

46

O comprimento e dimetro das estacas so determinados, levando-se em

considerao um conjunto de informaes: carga nos pilares, resultados obtidos na

sondagem a percusso e clculo da carga de ruptura da fundao no solo. Na fase

de projeto, o clculo das cargas de ruptura e admissvel pode ser feito utilizando-se

diversos mtodos de capacidade de carga, que podem ser tericos ou semi-

empricos (estes so muito utilizados na engenharia) e que foram desenvolvidos em

funo do tipo e execuo das estacas (cravadas ou escavadas).

Os clculos e previses realizados em fase de projeto, para dimensionamento

de fundaes profundas, devero ser confirmados com a realizao de provas de

carga no local da obra.

De acordo com Hachich (1996), embora as estacas hlice contnua sejam

executadas por meio de escavao do terreno, os resultados das provas de cargatm mostrado que o seu comportamento est mais prximo das previses feitas

para estacas cravadas.

A profundidade mxima exeqvel da hlice e a distncia mnima at a divisa

do terreno vizinho dependem, basicamente, do equipamento a ser utilizado.

Na Tabela 2.2, esto os valores das cargas usuais utilizadas no

dimensionamento, suportadas pelo concreto da estaca, em funo do dimetro

externo da hlice.

Tabela 2.2 Carga mxima estrutural do concreto no dimensionamento da estaca

hlice contnua (HACHICH, 1996)

Dimetro da Hlice

(mm)

Cargas Usuais

(kN)

Dimetro Interno Haste

(mm)

275 250-350 100

350 350-500 100

400 500-650 100

425 550-700 100500 700-1000 100

600 1100-1400 100

700 1550-1900 100

800 2000-2500 150

900 2550-3100 150

1000 3150-3900 150


48/145

47

A carga admissvel estrutural indicada a mxima carga que a estaca poder

resistir, visto que corresponde resistncia estrutural do material da mesma.

Entretanto, h necessidade de dotar a estaca de um procedimento tal para que essa

carga possa ser atingida sob o ponto de vista do contato estaca-solo. Esse

procedimento constitui o que se denomina previso de capacidade de carga.

A capacidade de carga das estacas dada pela soma das parcelas de atrito

lateral e de ponta (Figura 2.9), que dependem do tipo de terreno, do dimetro e do

comprimento da estaca.

pllt PPP +=

Sendo:

ltP = Carga de Ruptura ou Capacidade de Carga;

lP = Parcela transmitida por atrito lateral ao longo do fuste (PL);

pP = Parcela transmitida pela ponta (PP).

Figura 2.9 Esquema das parcelas de atrito lateral e resistncia de ponta para a

previso da capacidade de carga da estaca.

Em resumo, pode-se afirmar que:

- O desempenho das estacas hlice contnua bastante influenciado pela

percia do operador do equipamento de execuo


49/145

48

- Na prtica tm-se verificado maiores problemas em relao ao controle e

qualidade na execuo das estacas, do que problemas relacionados ao

dimensionamento em projetos.

- A estaca hlice contnua apresenta-se como uma excelente soluo em

fundao para uma grande variedade de obras, tendo em vista, principalmente, sua

alta produtividade, elevada capacidade de carga e ausncia de vibraes durante a

execuo.

Para a previso da capacidade de carga de estacas do tipo hlice contnua,

existem mtodos tradicionais e vrios mtodos especificamente propostos para essa

estaca, como sero vistos a seguir.

2.10 MTODOS SEMI-EMPRICOS PARA A PREVISO DA CAPACIDADE DE

CARGA

Pesquisadores, em todo o mundo, tentam correlacionar equaes que

possuem relaes diretas com mtodos prticos (provas de carga), que variam

principalmente de acordo com o tipo de investigao geotcnica, assim como o solo

encontrado em cada regio, gerando assim, mtodos semi-empricos de previso decapacidade de carga. Os mtodos tradicionais e especficos para as estacas hlice

contnua so descritos a seguir.

2.10.1 Mtodos tradicionais para a previso da capacidade de carga em

estacas

Os mtodos tradicionais mais utilizados no Brasil so os propostos por Aoki &Velloso (1975) e Dcourt & Quaresma (1978).


50/145

49

2.10.1.1 Mtodo de Aoki & Velloso (1975)

Os autores apresentaram um mtodo para o clculo da capacidade de carga

ltima em estacas a partir dos dados obtidos com os resultados dos ensaios CPT.

Posteriormente, as frmulas foram adaptadas para o ensaio de SPT, que so os

mais utilizados em nosso pas.

O mtodo leva em considerao o tipo de solo e estaca analisados.

Parcela do atrito lateral

=n

nnAAl LNKDP

1

.....

Onde:

AK e A = coeficientes tabelados que variam em funo do tipo de solo (Tabela 2.3);

nN = nmero de golpes de SPT de cada camada;

nL = comprimento de cada camada;

D= dimetro da estaca;n = nmero de camadas.

Parcela da ponta

APAp KN

DP .

4

. 2

=

Onde:

AK = coeficiente tabelado que varia em funo do tipo de solo (Tabela 2.3);

PAN = nmero de golpes SPT da camada de apoio da ponta da estava;


51/145

50

Tabela 2.3 Coeficientes AK e A (Aoki & Velloso, 1975).

Tipo de Solo AK

(kPa)

A

(%)Areia 1000 1,4Areia siltosa 800 2,0Areia silto-arenosa 700 2,4Areia argilosa 600 3,0Areia argilo-siltosa 500 2,8Silte 400 3,0Silte arenoso 550 2,2Silte areno-argiloso 450 2,8Silte argiloso 230 3,4Silte argilo-arenoso 250 3,0Argila 200 6,0Argila arenosa 350 2,4Argila areno-siltosa 300 2,8Argila siltosa 220 4,0Argila silto-arenosa 330 3,0

Os autores consideraram os coeficientes 1F e 2F que foram definidos para

ponderar as diferenas entre o comportamento do cone (modelo) e a estaca

(prottipo). Esto definidos na Tabela 2.4 os valores dos coeficientes de

transformao, 1F e 2F , em funo do tipo de estaca.

A carga ltima, portanto, obtida pela resistncia de ponta ( pP ) e pelo atrito

lateral ( lP ) divididos pelos coeficientes 1F e 2F , respectivamente, conforme

expresso abaixo:

21 F

P

F

PP l

p

lt +=

Adotando-se fator de segurana igual a 2, a carga admissvel ( admP ) dadapela seguinte expresso:

2

lt

adm

PP =


52/145

51

Tabela 2.4 Coeficientes de transformao 1F e 2F (Aoki e Velloso, 1975).

Tipo de estaca 1F 2F Franki 2,5 5,0Pr-moldada 1,75 3,5

Metlica 1,75 3,5Escavada 3,0 6,0

A primeira proposio destes autores foi 1F=3,5 e 2F =7,0, para as estacas

escavadas com lama bentontica, porm, os valores 1F=3,0 e 2F =6,0 consolidaram-

se e so utilizados at hoje (MAGALHES, 2005).

Vale ressaltar que este mtodo emprico foi proposto h mais de 30 anos,

sendo desenvolvido em uma determinada rea geotcnica, portanto, sua utilizao

em outras regies requer bastante cuidado, com objetivo de se obter maiorconfiabilidade nos resultados. Alm disso, o mtodo foi desenvolvido para ser

utilizado no estudo de estacas Franki, pr-moldada, metlicas e escavadas.

2.10.1.2 Mtodo de Dcourt & Quaresma (1978)

Dcourt & Quaresma (1978) apresentaram um mtodo de previso da carga

ltima em estacas com base nos resultados do ensaio de SPT. Este mtodo foi

proposta inicialmente para avaliao de estacas de deslocamento, mas

posteriormente foi adaptado para utilizao em outros tipos de estacas. Mais

recentemente foi adequado aos resultados do ensaio de SPT-T (sondagem

percusso com medida de torque).

A carga de ruptura resultado da soma das parcelas de atrito lateral e de ponta

da estaca.


1013

..

+=

l

l

NLDP (kPa)


53/145

52

Onde:

D= dimetro da estaca (m);

L = comprimento da estaca (m);

lN = mdia dos valores de N ao longo do fuste, exceto o da camada da ponta e doprimeiro metro da superfcie.

Parcela da ponta

( )PDp

NCD

P .4

.=

Onde:

C= coeficiente tabelado que depende do tipo de solo (Tabela 2.5);

PDN = mdia do nmero de golpes do ensaio SPT na camada da ponta da estaca,

imediatamente acima, imediatamente abaixo desta.

Tabela 2.5 Valores de Cem funo do tipo de solo (DCOURT & QUARESMA,

1978)

Tipo de solo Valores de C

(kPa)Argila 120Siltes argilosos 200Siltes arenosos 250Areias 400

Para este mtodo, quando o nmero de golpes for inferior a 3, adotar-se- 3

como valor mnimo, e 50 para o SPT que ultrapassar este valor.

2.10.2 Mtodos especficos para a previso da capacidade de carga em estacas

hlice contnua

Abaixo alguns mtodos que foram desenvolvidos especificamente, ou

tambm so aplicveis, para a previso da capacidade de carga em estaca hlice

contnua.


54/145

53

2.10.2.1 Mtodo de Dcourt & Quaresma (1978) modificado por Dcourt et al.

(1996)

O mtodo originalmente proposto por Dcourt & Quaresma (1978), foi

desenvolvido para utilizao em estaca padro. Dcourt et al. (1996) sugeriu a

introduo de dois coeficientes para correo da reao de ponta e a parcela do

atrito lateral, para diferentes tipos de solos, e possibilitar assim, a anlise de outros

tipos de fundaes.

Com a introduo dos coeficientes, a frmula para o clculo da carga ltima,

conforme a seguir:

( ) 1013

....4.

2

++= lDPDDlt NLDNCDP (kPa)

Os valores de D e D para os diversos tipos de estacas e para os diferentes

tipos de solos, esto definidos na Tabela 2.6.

Tabela 2.6 Valores dos coeficientes D e D em funo do tipo de solo e do tipo

de estaca (HACHICH et al., 1996).

Tipo de estacaTipo de Solo Escavada

em geralEscavada(bentonita)

HliceContnua

Injetada(Raiz)

Injetada(Sob presso)

Valores tpicos de D Argilas 0,85 0,85 0,30* 0,80* 1,00*Siltes 0,60 0,60 0,30* 0,65* 1,00*Areias 0,50 0,50 0,30* 0,50* 1,00*

Valores tpicos de D Argilas 0,80* 0,90* 1,00* 1,50* 3,00*

Siltes 0,65* 0,75* 1,00* 1,50* 3,00*Areias 0,50* 0,50* 1,00* 1,50* 3,00*

* Valores para orientao devido ao reduzido nmero de dados disponveis.


55/145

54

2.10.2.2 Mtodo de Antunes & Cabral (1996)

Os autores propem um mtodo de previso da capacidade de carga em

estacas hlice contnua a partir dos resultados do ensaio SPT, com base em

informaes obtidas em nove provas de carga estticas realizadas em estacas com

dimetro de 35, 50 e 75 cm; fazendo uma comparao entre 2 (dois) mtodos semi-

empricos tradicionais, Dcourt & Quaresma (1978) e Aoki & Velloso (1975).

A partir do ensaio de SPT, os autores propuseram as seguintes correlaes:

+=

4

.......

2

21

DNLDNPlt

N.1 e N.2 em kPa

N.2 4.000 kPa

Onde:

D= dimetro da estaca;

L = comprimento da estaca;

N= ndice de resistncia penetrao do ensaio SPT;

ltP = carga ltima da estaca;

1 e 2 = parmetros para o clculo do atrito lateral e da resistncia de ponta,

respectivamente, que dependem do tipo de solo (Tabela 2.7).

Tabela 2.7 Parmetros 1 e 2 (ANTUNES & CABRAL, 1996).

Solo 1 (%) 2

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

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

2.10.2.3 Mtodo de Alonso (1996)

Mtodo semi-emprico desenvolvido para a previso da capacidade de carga

ltima em estacas hlice contnua, utilizando os resultados do ensaio SPT-T,


56/145

55

proposto inicialmente, em 1996, para a Bacia Sedimentar Terciria da cidade de So

Paulo, posteriormente reavaliado (2000) para duas novas regies geotcnicas,

formao Guabirotuba e os solos da cidade de Serra-ES.

Para a determinao do atrito lateral na carga ltima, Alonso (1996)

correlaciona o atrito lateral sf e a carga de ponta, com os valores de mxT e mnT ,

obtidos nos resultados do ensaio SPT-T.

A carga ltima definida atravs da seguinte expresso:


metodos semi empiricos

Documents

agncia feira de santana

feirade santana

santana uefsorientadora

prefeitura municipal

casoem obra de viaduto

viaduto do bairro

santanaguido martins

ba2009guido martins