Post on 27-Oct-2015
UNIVERSIDADE FUMEC
FACULDADE DE ENGENHARIA E ARQUITETURA – FEA
Engenharia Civil
Marco Paulo De Paoli Morato
ESTUDO COMPARATIVO DA CARGA ADMISSÍVEL OBTIDA
ATRAVÉS DE FÓRMULAÇÕES SEMI-EMPÍRICAS, MEDIDAS DE
NEGA E REPIQUE E ENSAIOS DE CARREGAMENTO DINÂMICO,
COM IMPLEMENTAÇÃO DO SOFTWARE "P-LOAD" EM ESTACAS
PERFIL METÁLICO
Professor Orientador: Crysthian Purcino Bernardes Azevedo
Belo Horizonte, Outubro/2012
2
Marco Paulo De Paoli Morato
ESTUDO COMPARATIVO DA CARGA ADMISSÍVEL OBTIDA
ATRAVÉS DE FÓRMULAÇÕES SEMI-EMPÍRICAS, MEDIDAS DE
NEGA E REPIQUE E ENSAIOS DE CARREGAMENTO DINÂMICO,
COM IMPLEMENTAÇÃO DO SOFTWARE "P-LOAD" EM ESTACAS
PERFIL METÁLICO
Trabalho Final de Curso - TFC, apresentado à Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade Fumec, como requisito parcial para conclusão do curso de Engenharia Civil, 2° semestre de 2012.
Belo Horizonte,
Outubro/2012
3
Marco Paulo De Paoli Morato
ESTUDO COMPARATIVO DA CARGA ADMISSÍVEL OBTIDA
ATRAVÉS DE FÓRMULAÇÕES SEMI-EMPÍRICAS, MEDIDAS DE
NEGA E REPIQUE E ENSAIOS DE CARREGAMENTO DINÂMICO,
COM IMPLEMENTAÇÃO DO SOFTWARE "P-LOAD" EM ESTACAS
PERFIL METÁLICO
.
Trabalho Final de Curso - TFC, apresentado à Faculdade de Engenharia e Arquitetura da Universidade Fumec, como requisito parcial para conclusão do curso de Engenharia Civil, 2° semestre de 2012.
_______________________________________
ORIENTADOR-DR. PROF. CRYSTHIAN PURCINO BERNARDES AZEVEDO -
FEA/FUMEC
_______________________________________
SERGIO MAURÍCIO PIMENTA VELLOSO FILHO
_______________________________________
LUIS FERNANDO FARAH DE ARAUJO
Belo Horizonte,___ de ______ de _______.
4
AGRADECIMENTOS
À minha figura paterna Marcelo Castro De Paoli, pessoa a quem devo a minha vida
e carreira, expresso a minha gratidão e meu orgulho pelo seu apoio, empenho e
dedicação ao longo da minha trajetória pessoal e profissional.
5
RESUMO
O presente trabalho tem por finalidade comparar as diferentes formulações e
metodologias de estimativa de capacidade de carga em estacas cravadas tipo perfil
metálico, avaliando as dispersões encontradas. Para o desenvolvimento do estudo,
foram realizados cálculos de capacidade de carga baseados no NSPT pelas
formulações semi-empíricas propostas por Aoki e Velloso (1975), Décourt e
Quaresma (1978), Pedro Paulo Costa Velloso (1981) e Alberto Henriques Teixeira
(1996) com o programa "P-LOAD" desenvolvido pelo próprio autor para fins do
presente trabalho. Posteriormente foram realizados cálculos a partir das medidas de
"nega" com as formulações de Brix e Holandeses, e medidas de repique elástico
através do método proposto por Velloso (1987) e Souza Filho Abreu (1990). Os
valores obtidos foram então comparados com as estimativas de capacidade de
carga obtidas pelos ensaios de carregamento dinâmicos pelo método simplificado
"CASE" e pelo método "CAPWAP".
Palavras Chave: Capacidade, carga, nega, repique, CASE, CAPWAP.
6
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Localização da obra em estudo ............................................................ 15
Figura 2 - Levantamento Planialtimétrico Cadastral ............................................ 16
Figura 3 - Carta geológica ...................................................................................... 17
Figura 4 - Sistema de cravação utilizado .............................................................. 21
Figura 5 - Croqui esquemático do sistema de cravação...................................... 22
Figura 6 - Transferência de cargas ao solo........................................................... 24
Figura 7 - Apresentação inicial do programa ........................................................ 25
Figura 8 - Gráfico de cargas admissíveis obtidas pelas formulações
semi-empíricas ........................................................................................................ 31
Figura 9 - Croqui esquemático do registro de nega e repique em campo ......... 32
Figura 10 - Boletim de campo com medidas de nega e de repique ................... 33
Figura 11 - Modelo de estacas para fórmulas dinâmicas .................................... 34
Figura 12 - Gráfico de cargas admissíveis obtidas através da "Nega" e
Repique .................................................................................................................... 36
Figura 13 - Sensores acoplados ao perfil e PDA ................................................. 37
Figura 14 - Display do PDA ..................................................................................... 37
Figura 15 - Gráfico-resumo de cargas admissíveis .............................................. 39
7
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 – Estudo de cortes e aterros ................................................................. 20
Quadro 2 – Coeficientes K e α ............................................................................... 27
Quadro 3 – Valores de Cs e Cp .............................................................................. 30
Quadro 4 - Fatores de correlação de resistência propostos por
Teixeira (1996) ........................................................................................................ 31
Quadro 5 - Cargas admissíveis obtidas através da "Nega" e do
Repique elástico ..................................................................................................... 35
Quadro 6 - Análise "CASE" ................................................................................... 38
Quadro 7 - Análise "CAPWAP" .............................................................................. 39
8
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Dados de execução das estacas .......................................................... 23
9
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ARE - Areia
AREA - Areia argilosa
ARGA - Argila arenosa
ARGS - Argila siltosa
ARP - Areia com pedregulhos
ARS - Areia siltosa
cm - Centímetros.
CAPWAP - Case Pile Wave analysis Program
CASE - Case Reserve University
CPRM - Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais
CPT - Cone penetration test
E - Módulo de elasticidade
FS – Fator de segurança
FUMEC – Fundação Mineira de Educação e Cultura
h - Altura de queda para a nega
K - Repique elástico
L - Comprimento da estaca
MG – Minas Gerais
mm - Milímetros
NBR – Norma brasileira
SPT – Standard Penetration Test
N.A. – nível d’água
NSPT– Número de golpes de penetração do amostrador padrão por 30 cm
PDA - Pile Driving Analyser
PL - Carga de ruptura por atrito lateral
PP - Carga de ruptura de ponta
PR - Carga de ruptura (ponta e atrito lateral)
PUC - Pontifícia universidade católica
RJ - Rio de Janeiro
RQD- Rock Quality Designation
S - Nega para 10 golpes
10
SAG - Silte argiloso
SAR - Silte arenoso
SP – Sondagem à percussão
UTM - Universal transversa de Mercator
VBA - Visual basic for applications
W - Peso do martelo
11
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 13
2 METODOLOGIA .................................................................................................... 14
3 DADOS GERAIS .................................................................................................... 14
3.1 LOCALIZAÇÃO ....................................................................................................... 14
3.2 ELEMENTOS DE REFERÊNCIA .................................................................................. 15
3.3 TOPOGRAFIA, RELEVO E NÍVEIS DE IMPLANTAÇÃO ..................................................... 16
3.4 PERFIL ESTRATIGRÁFICO ........................................................................................ 17
3.4.1 Interpretação Geológica ................................................................................ 17
3.4.2 Interpretação Geotécnica .............................................................................. 18
4 FILOSOFIA DE FUNDAÇÕES ............................................................................... 20
4.1 ESCOLHA DA TIPOLOGIA ........................................................................................ 20
4.2 PROJETO DE FUNDAÇÕES ....................................................................................... 21
4.3 CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA DE CRAVAÇÃOE DADOS DE CAMPO ............................ 22
5 SELEÇÃO DAS AMOSTRAS ................................................................................ 23
6 ESTIMATIVA CAPACIDADE DE CARGA PELAS FORMULAÇÕES SEMI-
EMPÍRICAS PARA ESTACAS CRAVADAS ATRAVÉS DO "P-LOAD" ................. 23
6.1 CONCEITOS DE CAPACIDADE DE CARGA ................................................................... 23
6.2 FUNCIONAMENTODO SOFTWARE .............................................................................. 25
6.3 CONFIGURAÇÃO ADOTADA ...................................................................................... 26
6.3.1 Formulação de Aoki e Velloso (1975) ........................................................... 26
6.3.2 Formulação de Décourt e Quaresma (1978) ................................................. 28
6.3.3 Formulação de Pedro Paulo Costa Velloso (1981) ...................................... 28
6.3.4 Formulação de Alberto Henriques Teixeira (1996) ...................................... 30
6.4 INTERPRETAÇÃO DOS CÁLCULOS DE CAPACIDADE DE CARGA .................................... 31
7 ESTIMATIVA DA CARGA ADMISSÍVEL ATRAVÉS DA "NEGA" E DO REPIQUE
ELÁSTICO ................................................................................................................ 32
7.1 CONCEITOS DE "NEGA" E REPIQUE ELÁSTICO ......................................................... 32
7.2 RESULTADOS DOS CÁLCULOS BASEADOS NA "NEGA" E NO REPIQUE ELÁSTICO .......... 35
12
8 ESTIMATIVAS DE CAPACIDADE DE CARGA ATRAVÉS DOS ENSAIOS DE
CARREGAMENTO DINÂMICO ................................................................................ 36
8.1 PRINCÍPIOS BÁSICOS DO ENSAIO ............................................................................. 36
8.2 SÍNTESE DOS RESULTADOS DO ENSAIO .................................................................... 38
9 ANÁLISE COMPARATIVA DOS RESULTADOS .................................................. 39
10 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................. 41
11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 42
APÊNDICES ............................................................................................................. 43
ANEXOS ................................................................................................................... 51
13
1 INTRODUÇÃO
Mensurar as propriedades do solo de modo a aferir o seu funcionamento como
elemento estrutural é o desafio do engenheiro geotécnico. Com propriedades tão
inconstantes dada a imensa gama de variáveis envolvidas na caracterização de um
solo (estado de adensamento, colapsibilidade, composição química, granulometria,
origem, etc.), alguns métodos foram desenvolvidos na busca de uma modelagem
numérica dessas variáveis. Baseados em simplificações e extrapolações, estes
modelos são constantemente discutidos e aperfeiçoados no meio acadêmico.
O desconhecimento dos modelos e formulações envolvidas no dimensionamento
geotécnico, pode ter por consequência um sub-dimensionamento (comprometendo a
segurança da edificação/estrutura), ou um superdimensionamento, onerando a obra
e reduzindo a margem de lucro do construtor.
A implementação de uma forma ágil de se desenvolver os cálculos envolvendo
propriedades dos solos é outro desafio a ser vencido. As ferramentas
computacionais mais difundidas empregadas à geotecnia se limitam a análise de
estabilidade de taludes ou necessitam de dados obtidos por métodos pouco
difundidos no Brasil como o "CPT", não atendendo efetivamente aos projetistas de
fundações brasileiros.
Observando a demanda do meio técnico por uma ferramenta computacional
direcionada para o cálculo de fundações profundas que sintetize diferentes modelos
matemáticos, algumas soluções em sistemas foram estudadas pelo autor. Para fins
do presente trabalho, este sistema foi desenvolvido e implementado a uma situação
real, viabilizando a avaliação da capacidade de carga por uma série de métodos,
gerando como produto final uma análise comparativa dos resultados.
14
2 METODOLOGIA
Para o desenvolvimento do presente trabalho foram realizados cálculos de
capacidade de carga baseados no NSPT pelas formulações semi-empíricas
propostas por Aoki e Velloso (1975), Décourt e Quaresma (1978), Pedro Paulo
Velloso (1981) e Alberto Henriques Teixeira (1996) com o programa " P-LOAD ",
desenvolvido pelo próprio autor para fins do presente trabalho. Posteriormente,
foram realizados cálculos baseados na medida da "Nega" com as formulações de
Brix e Holandeses, e na medida do repique elástico com a formulação proposta
Velloso (1987) e Souza Filho Abreu (1990).Os valores de carga admissível foram
então comparados com as estimativas de capacidade de carga obtidas pelos
ensaios de carregamento dinâmicos pelo método simplificado "CASE" e pelo método
"CAPWAP".
3 DADOS GERAIS
As condições do entorno e a contextualização geográfica e espacial da obra, bem
como o levantamento de dados do empreendimento, são elementos que precedem
os cálculos ou dimensionamentos em quaisquer projetos geotécnicos. Nesta etapa,
ocorre a concepção geral do estudo, identificando os elementos que podem interferir
no resultado final.
3.1 Localização
O empreendimento onde foram coletados os dados para o desenvolvimento do
estudo está localizado na região leste da cidade de Belo Horizonte/MG, na Avenida
do Contorno, Bairro Santa Efigênia (FIG.1), Coordenadas UTM 19°55'14.02"S
(latitude sul) 43°55'26.54" (longitude oeste).
15
Figura 1 - Localização da obra em estudo
Fonte: Adaptado do Google Earth, 2012.
3.2 Elementos de Referência
Os dados usados como referência para o desenvolvimento do estudo foram:
a) Relatório de sondagem à percussão de nº T-220/2002, datado em 28/07/2002;
b) Relatório de sondagem mista de nº T-254/2010, datado em 10/10/2010;
c) Relatório de sondagem mista de nº RL.ITS.040/2012, datado em 21/08/2012;
d) Jogo de Plantas do projeto arquitetônico, fls. 01/18 a 18/18;
e) Projeto estrutural titulado por “Cargas nas fundações”, fl. 01, Rev. B, datado em
22/05/11;
f) Projeto de fundações - Planta, notas e legenda, fl.01/02 e 02/02, Rev. 01 emitido
por Sergio Velloso Projetos LTDA, datado em 23/03/2012;
g) Projeto de Terraplenagem - Planta de terraplenagem Executiva, fl.01/02Rev.00
emitido por Sergio Velloso Projetos LTDA, datado em 07/05/2012;
h) Projeto titulado "Levantamento Planialtimétrico do Lote 1 do Quarteirão 64 -
Sétima Seção Suburbana - Belo Horizonte - Minas Gerais", datado em janeiro de
2007;
i) Projeto titulado "Levantamento Planialtimétrico Cadastral", datado em maio de
2010;
j) Boletins de controle de execução de estacas;
k) Boletins parciais de ensaio de carregamento dinâmico, datados em 14/08/2012.
16
3.3 Topografia, relevo e níveis de implantação
O terreno está situado na unidade de relevo "depressão de Belo Horizonte" (IBGE,
2006), com inclinação máxima de ≅15% (alinhamento da avenida do contorno,
próximo ao viaduto).
A referência de nível adotada no levantamento planialtimétrico foi 101,09 m, que
coincide com a referência de nível da sondagem RL.ITS.040/2012, e corresponde ao
nível100,34 da sondagem nº T-254/2010 e ao nível 0,00m da arquitetura. O
empreendimento terá suas implantações no nível 0,00m referente à arquitetura, que
corresponde à cota 101,09m da topografia. A implantação na cota 0,25m da
arquitetura corresponde à cota 101,34m da topografia. A cota 1,33 referente à
arquitetura corresponde a cota 99,76m da topografia (Vide ANEXOS A e B). A
Figura 2 ilustra a topografia do terreno em estudo e do seu entorno.
Figura 2 - Levantamento Planialtimétrico Cadastral
Fonte: Levantamento Planialtimétrico Cadastral - THX Engenharia – 2010.
17
3.4 Perfil estratigráfico
3.4.1 Interpretação Geológica
No que diz respeito a formação geológica, o empreendimento esta localizado numa
região onde predominam blocos e dolomitos, compostos principalmente por
ortognaisses (Pinho; 2009) formados no período mesoarqueano, pertencente ao
complexo Belo Horizonte.
Segundo Pinho (2009), o complexo Belo Horizonte tem em sua composição
litológica: ortognaisses cinza, bandados, com bandas leucocráticas graníticas e
mesocráticas granodioríticas, migmatitos e granitoides leucocráticos; Biotita gnaisse
bandado, de composição granítica, granodiorítica e tonalítica com intercalações de
anfibolitos, granitóides e migmatitos.
Figura 3 - Carta geológica
Fonte: Adaptado CPRM - Carta Geológica - Folha SE.23-Z-C-Vl - Belo Horizonte – 2009.
18
3.4.2 Interpretação Geotécnica
A prospecção geotécnica do terreno ocorreu através dos ensaio de simples
reconhecimento (SPT) e sondagens rotativas mistas realizadas ao longo do terreno.
Para efeito do presente trabalho, foram usados quatro furos de referência para os
cálculos de capacidade de carga, cuja escolha se justifica pela proximidade aos
pontos em estudo. Os furos utilizados foram: SRM-P.14, SRM-P.20, SRM-P.21G e
SM04 (vide ANEXO D).
O ensaio de simples reconhecimento foi realizado segundo as prerrogativas da NBR
6484/2001 da ABNT, com peso de 65 kg caindo a uma altura de 75cm, de modo a
contar os golpes necessários para penetrar os 30 cm finais de cada camada com
amostrador padrão, onde se pôde estimar o índice de resistência a penetração do
solo e o nível freático.
Nas camadas onde foram encontrados matacões ou rochas, a prospecção foi
realizada com amostrador rotativo com o coroa diamantada, onde foram calculados
o grau de recuperação dos testemunhos e o índice RQD.
Observa-se que o terreno apresenta heterogeneidade quanto a composição e ao
NSPT. A rocha de gnaisse é encontrada em profundidades que variam de 13,76m a
20,93m em relação as cotas de boca de furo (SRM-P14 e SRM-P.20
respectivamente) que foi fator decisivo na definição das cotas de paralisação da
ponta das estacas. Geotecnicamente as rochas apresentam-se extremamente
fraturadas a sãs, com índices de RQD variando de 42% a 100%. A existência de
"picos" no valor de NSPT, com camadas subjacentes menos resistentes e
alternância entre rocha e solo, são características recorrentes representadas nos
boletins de sondagem. O ANEXO D apresenta os boletins de sondagem do terreno
em epígrafe.
A interpretação da sondagem foi feita com uma série de simplificações para fins dos
cálculos de capacidade de carga pelas fórmulas semi-empíricas, conforme descrito a
seguir:
19
a) Considerar o primeiro metro na parcela de atrito lateral;
b) Adotar valores de NSPT compreendidos entre 3 e 50 (ALONSO, 1991). Valores
fora deste intervalo serão adequados afim de atender as limitações impostas
pelas formulações;
c) Para os pontos de fundação em que foram utilizados mais de um furo de
sondagem para o calculo da capacidade de carga, será adotado como carga
admissível a média entre os valores encontrados na profundidade de
paralisação;
d) Cortes e aterros inferiores a 60 cm serão desprezados.
e) Será considerado para cada metro de aterro o valor de NSPT=4 e o tipo de solo
da camada subjacente;
f) Quando da existência de matacões ou rochas ao longo dos furos de sondagem,
os mesmos serão considerados como "ARP" no calculo de capacidade de carga
por apresentar maior similaridade com a situação real;
g) Para o cálculo de capacidade de carga na parcela de atrito, considerou-se como
a área lateral o perímetro de um retângulo circunscrito ao perfil vezes 1m;
h) Para o cálculo de capacidade de carga na parcela de ponta, adotar como área
de ponta àquela correspondente a seção envolvente, considerando que o solo
"adere" à alma do perfil metálico (ALONSO et. al,1998) (equivalente a um
retângulo circunscrito ao perfil);
i) Todos os efeitos de corrosão e perda de seção ao longo do tempo foram
desprezados;
j) As cotas contempladas para os cálculos foram às de execução, e não as cotas
finais de implantação observando que o propósito do trabalho é representar a
realidade no momento dos ensaios de carregamento dinâmico, e não a condição
permanente da obra.
20
O Quadro 1, indica os pontos de fundação com os respectivos furos de sondagem a
serem contemplados nos cálculos de capacidade de carga e os cortes ou aterros
correspondentes.
Quadro 1 – Estudo de cortes e aterros
P16-C SRM-P.20 101,34 101,00 -0,34
P21-B SRM-P.21G 100,928 101,34 0,412
SRM-P.14 99,306 101,22 1,914
SRM-P.21G 100,928 101,22 0,292
P158-B SM04 100,65 101,09 0,44
P23-A
COTAS (m) CORTE (-)
ATERRO(+)
(m)
FURO DE
REFERÊNCIAPONTO DE FUNDAÇÃO
EXECUÇÃOSONDAGEM
Fonte: Autor do TFC 2012.
4 FILOSOFIA DE FUNDAÇÕES
4.1 Escolha da Tipologia
Para o perfil geotécnico da obra em epígrafe, foram estudadas duas tipologias de
fundações profundas: Estacas tipo perfil metálico e estacas tipo "raiz". O principal
condicionante geotécnico que conduziu a tais filosofias de fundação foi a alternância
entre camadas resistentes com a presença de matacões e camadas de solo menos
resistentes, demandando um tipo de fundação com alta capacidade de penetração
sem perda de integridade. O nível freático alto e a existência de rochas em
profundidade e grau de fraturamento variado também foram fatores relevantes à
escolha do tipo de fundação, já que a ponta das estacas teriam grande
responsabilidade e com grande possibilidade de serem embutidas em rocha. A
opção final empregada para empreendimento em epígrafe foi a estaca tipo perfil
metálico cravado por percussão por apresentar custo mais competitivo e maior
produtividade em relação a estaca tipo "Raiz". A Figura 4 ilustra o sistema de
cravação empregado na obra.
21
Figura 4 - Sistema de cravação utilizado
Fonte: Mateus Matos - 2012.
4.2 Projeto de Fundações
O projeto e os estudos técnicos de fundações foram materializados empregando
perfis metálicos laminados Gerdau do tipos HP 250X62, HP 310X93, HP 310X110
e HP 310X125, com profundidade de paralisação variando de 14 a 18 metros. O
pilão foi especificado com a massa de no mínimo 4t. O projeto recomenda também
que no mínimo 1% dos elementos devem ser ensaiados estaticamente ou 5% dos
elementos ensaiados dinamicamente, com pelo menos uma prova de carga estática
conforme disposição normativa (NBR 6122/2010) para obras com número de
estacas superior a 200 unidades. Outros aspectos relevantes ao projeto de
fundações se encontram no ANEXO C.
22
4.3 Características do sistema de cravação e dados de campo O sistema de cravação empregado foi um martelo tipo queda livre, cujo peso do
pilão foi de 4,5 tf, deslocável em torre, suspenso por cabo simples (sem dobra).
Sobre a cabeça da estaca, um dispositivo composto por cepo de madeira com altura
de 20 cm, capacete e coxim tem por função amortecer o golpe e fixar a estaca a
torre, conforme representado na figura 5.
Figura 5 - Croqui esquemático do sistema de cravação
Fonte: Adaptado Manual de especificações de produtos e procedimentos ABEF – 2004.
As estacas foram cravadas sem suplementos ou prolongas, pois a grande maioria
foi executada próxima à cota de implantação. Demais dados de execução foram
registrados pela equipe de campo e estão sintetizados na Tabela 1.
23
Tabela 1 - Dados de execução das estacas
ESTACA P16-C P21-B P23-A P158-B
Tipo de perfil HP310X110 HP310X125 HP310X125 HP310X110
Data da Execução 13/07/2012 03/07/2012 02/07/2012 10/08/2012
Altura do Cepo (cm) 20 20 20 20
L - Comprimento Cravado (m) 19 13 13,18 11
PESO/ML (tf/m) 0,11 0,125 0,125 0,11
h - Altura de queda P/ Nega (cm) 110 150 150 130
W - PESO DO MARTELO (tf) 4,5 4,5 4,5 4,5
E-Módulo de Elasticidade (tf/cm²) 2039 2039 2039 2039
ÁREA DA SEÇÃO (m²) 0,0141 0,0159 0,0159 0,0141AP - Área da Ponta (m²)* 0,09548 0,097344 0,097344 0,09548
AL - ÁREA LATERAL/ ML (m²)* 1,236 1,248 1,248 1,236
S - NEGA (cm)** 1 1 2 1K - REPIQUE ELÁSTICO (cm) 1,8 1,65 1,35 1,6
**Nega correspondente a 10 golpes
*Foram consideradas as dimensões de um retângulo circunscrito ao perfil para o calculo das áreas
Fonte: Autor do TFC 2012.
5 SELEÇÃO DAS AMOSTRAS
Foram realizados 11 ensaios de carregamento dinâmico em pontos selecionados
pelo consultor geotécnico. As estacas ensaiadas foram: P7-A, P7-D, P26-A, P23-
A,P21C, P21-B, P24-E, P16-C, P7-C, P126-A, P158-B. As estacas P21-C e P7-C
foram danificadas estruturalmente durante a realização do ensaio, e portanto foram
descartadas. As estacas P7-A, P7D, P24-E e P126-A tiveram valores de nega igual
a zero, inviabilizando os cálculos pelas formulações de Brix e dos Holandeses. As
estacas P16-C, P21-B, P23-A e P158-B apresentavam todos os dados necessários
para o desenvolvimento dos cálculos, e portanto foram selecionadas como amostra.
6 ESTIMATIVA CAPACIDADE DE CARGA PELAS FORMULAÇÕES SEMI-EMPÍRICAS PARA ESTACAS CRAVADAS ATRAVÉS DO "P-LOAD"
6.1 Conceitos de capacidade de carga
Segundo ALONSO (1991) a carga que gera o escoamento do elemento de fundação
ou colapso do solo que o suporta é denominada capacidade de carga contra a
ruptura. Portanto, considera-se como capacidade de carga o menor dos dois
valores: resistência estrutural do elemento de fundação ou resistência do solo que o
suporta.
Do ponto de vista geotécnico, a capacidade de carga é dividida em duas parcelas: A
capacidade de carga por resistência de ponta e a capacidade de carga por atrito
24
lateral ao longo do fuste da estaca. A capacidade de carga por atrito lateral está
relacionada à adesão promovida pelo solo em que o elemento está apoiado, a área
lateral da estaca, ao tipo de carregamento a que está submetido (tração ou
compressão), ao método executivo, ao estado de adensamento do solo, dentre
outros fatores. A capacidade de carga por resistência de ponta está relacionada ao
tipo de carregamento, à área da ponta, a resistência do solo na região da ponta, ao
processo executivo da estaca, etc. A figura 6 ilustra a transferência de carga de uma
estaca metálica.
Figura 6 - Transferência de cargas ao solo
Fonte: Adaptado Manual Estacas Metálicas Gerdau - 6ª edição - 2012.
No dimensionamento de fundações profundas deve-se adotar a carga admissível
que é a carga de ruptura dividida por um fator de segurança. A NBR 6122/2010 da
ABNT recomenda que o fator de segurança seja de no mínimo dois para ponta mais
atrito lateral, porém alguns autores sugerem outros fatores de segurança que se
adéquam a situações mais específicas e serão comentados a posteriori.
25
6.2 Funcionamento do software
O programa "P-LOAD" foi idealizado para o desenvolvimento de cálculos através das
formulações semi-empíricas propostas por Aoki e Velloso (1975), Décourt e
Quaresma (1978), Pedro Paulo Velloso (1981), Alberto Henriques Teixeira (1996) e
Urbano Rodrigues Alonso (1996). Com interface amigável (FIG. 7), o software foi
desenvolvido na plataforma VBA e permite a modelagem de vários parâmetros e
variáveis que influenciam na análise geotécnica. Com ele o usuário seleciona o tipo
de fundação a ser estudado, o tipo de carregamento a que está submetido o
elemento, configura coeficientes de segurança, seleciona por quais formulações
devem ser realizados os cálculos, dentre outros ajustes que o usuário pode lançar
mão para o refinamento dos seus estudos. Uma vez com os dados da sondagem
lançados na planilha, o produto final gerado pelo software é um relatório,
discriminando metro a metro a carga admissível e de ruptura (separados em ponta e
atrito lateral). O "P-LOAD" tem capacidade para calcular quantas sondagens forem
necessárias com profundidades limitadas a 40 metros, para quaisquer geometrias de
estacas. O software possui um banco de dados com os tipos de estacas mais
comumente utilizados, mas o usuário tem a possibilidade de criar novos bancos que
se adéquem às especificidades do projeto.
Figura 7 - Apresentação inicial do programa
Fonte: Autor do TFC 2012.
26
É importante ressaltar que o foco do programa é o cálculo de capacidade de carga
do ponto de vista geotécnico, e portanto, não dispõe de recursos para o
dimensionamento estrutural do elemento de fundação.
6.3 Configuração adotada
A parametrização do programa varia com as especificidades da obra em estudo. A
seguir apresentam-se os parâmetros, coeficientes, fatores de correlação, fatores de
segurança, dentre outros intervenientes no resultado final, processados pelo
software.
Muito embora o programa realize os cálculos segundo a formulação proposta por
Urbano Rodrigues Alonso (1996), ela não é adequada ao estudo por ter sido
concebida para estacas escavadas tipo Hélice Contínua e com prospecções
geotécnicas com a medida de torque (SPTT).
6.3.1 Formulação de Aoki e Velloso (1975)
No trabalho "An approximate method to estimate the Bearing Capacity of Piles",
Dirceu de Alencar Velloso e Nelson Aoki apresentaram no V congresso pan-
americano de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações a uma das primeiras
formulações semi-empíricas para estimativa de capacidade de carga.
A equação (1) corresponde a carga de ruptura por atrito lateral proposta por Aoki e
Velloso.
(1)
Al - Área lateral por metro linear (m²/m);
F2 - Fator de comportamento que relaciona o tipo de estaca ao cone holandes(para
o os cálculos que se sucedem adotarse-a 3,5 - estacas pré-moldadas);
α - Coeficiente estabelecido por BEGEMANN (1965) que correlaciona o atrito local
do cone com ponteira BENGEMANN com a tensão de ponta (Décourt , 1998);
K - Coeficiente que correlaciona o CPT com SPT (vide QUADRO 2).
27
A limitação deste método consiste na necessidade da perfeita caracterização do solo
pela equipe de campo que realiza a sondagem, o que é praticamente impossível
considerando que tal classificação é feita tátil-visualmente. Segundo Décourt (1998),
um solo classificado como areia (K=100) teria o dobro da capacidade do que um
solo classificado como areia argilo-siltosa (K=50). Por simplificação, serão adotados
os valores de α e K apresentados no Quadro2.
Quadro 2 – Coeficientes K e α
TIPO DO SOLO αααα (%) K (t/m2)
ARGS 4,00 22,00ARGA 2,40 35,00SAG 3,40 23,00SAR 2,20 55,00
AREA 3,00 60,00ARS 2,00 80,00ARE 1,40 100,00ARP 1,40 100,00
Fonte: SILVEIRA, José Ernani da Silva. Apostila Curso de Fundações – Volume 2
A equação (2) corresponde a carga de ruptura de ponta da estaca.
(2)
Ap - Área da ponta;
K - Coeficiente que correlaciona o CPT com SPT (vide quadro 2);
F1- Fator de comportamento que relaciona o tipo de estaca ao cone holandes. Para
os cálculos que se sucedem, adotarse-a 1,75 (valor sugerido para estacas pré-
moldadas);
NSPTponta - Valor de NSPT no ponto onde esta apoiada a ponta da estaca.
A carga admissível deve ser obtida pela soma da carga ruptura por atrito lateral (PL)
com a carga de ruptura de ponta (PP) divididos pelo fator de segurança de 2.
28
6.3.2 Formulação de Décourt e Quaresma (1978)
Luciano Décourt e Quaresma Filho (1978) desenvolveram um processo de avaliação
baseados no NSPT. Ao longo dos anos, várias trabalhos buscando adequar os
coeficientes da formulação em epígrafe foram publicados. As fórmulas (3) e (4)
correspondem respectivamente às cargas de ruptura por atrito lateral (PL) e ruptura
por ponta (PP).
(3)
(4)
Al - Área lateral por metro linear (m²/m);
Ap - Área da ponta;
α e ββββ - São coeficientes de majoração ou minoração respectivamente para reação
de ponta e atrito lateral (Décourt, 1998). Para a situação caracterizada no presente
trabalho, admitir para α e ββββ o valor de 1 (valor sugerido para estacas pré-moldadas)
NSPT' e NSPT" - São respectivamente os valores de NSPT no primeiro metro acima
e no primeiro metro abaixo da estaca.
A carga admissível deve ser obtida pela carga de ruptura por atrito lateral (PL)
dividida por 1,3, somada à carga de ruptura de ponta (PP) dividida por 4.
6.3.3 Formulação de Pedro Paulo Costa Velloso (1981)
Pedro Paulo Costa Velloso em 1981, publicou através PUC - RJ o trabalho titulado
"O problema da estimativa do comprimento de fundações profundas com base em
sondagens de reconhecimento a percussão". As fórmulas (5) e (6) correspondem
respectivamente às cargas de ruptura por atrito lateral (PL) e ruptura por ponta (PP)
propostas por Pedro Paulo Costa Velloso.
(5)
29
(6)
(7)
Al - Área lateral por metro linear (m²/m);
Ap - Área da ponta;
αl e αp - São respectivamente os fatores de confinamento para atrito lateral e ponta.
Os valores de αl e αp adotados para estacas pré-moldadas foram 1;
λλλλl e λλλλp - São respectivamente os fatores relacionados ao tipo de carregamento para
atrito lateral e para ponta. Para os esforços de compressão foram adotados λλλλl e λλλλp
iguais a 1;
Cs - Fator de correlação do atrito do solo (vide QUADRO 3) (VELLOSOFILHO,
2010);
ββββ - Fator de escala que correlaciona o comportamento da estaca com o cone
holandês, e deve ser calculado conforme fórmula (7);
Dp - Diâmetro da ponta da estaca em cm. Para os perfís metálicos HP310X125 e
HP310X110, foram adotados os diâmetros equivalentes da ponta com os
respectivos valores de 35,21cm e 34,87cm, já que a geometria da estaca não é
circular.
Dc - Diametro da ponta do cone holandês (3,6 cm);
(Cp×NSPT)méd.abaixo - Média dos NSPT's multiplicados pelos fatores de
correlação de ponta correspondentes, ao longo de um comprimento de 3,5 vezes o
diâmetro equivalente da ponta, abaixo da cota de paralização da estaca (vide
QUADRO 3);
(Cp×NSPT)méd.acima - Média dos NSPT's multiplicados pelos fatores de
correlação de ponta correspondentes, ao longo de um comprimento de 8 vezes o
diâmetro equivalente da ponta, acima da cota de paralização da estaca (vide
QUADRO 3) .
30
Quadro 3 – Valores de Cs e Cp
TIPO DO SOLO Cs(t/m2) C p (t/m2)
ARGS 0,63 25,00ARGA 0,63 25,00SAG 0,70 30,00SAR 0,80 40,00
AREA 0,85 45,00ARS 0,85 50,00ARE 0,50 60,00ARP 0,50 60,00
Fonte: SILVEIRA, José Ernani da Silva. Apostila Curso de Fundações – Volume 2.
A carga admissível deve ser obtida pela soma da carga ruptura por atrito lateral (PL)
à carga de ruptura de ponta (PP) divididos pelo fator de segurança de 2,5.
O programa "P-LOAD" permite a configuração dos fatores de correlação de ponta e
de atrito lateral de acordo com a região das pesquisas realizadas por Pedro Paulo
da Costa Velloso, porém foi adotada a configuração "default" do programa, com
dados coletados na refinaria Duque de Caxias, no Rio de Janeiro.
6.3.4 Formulação de Alberto Henriques Teixeira (1996)
Alberto Henriques Teixeira publicou no 3º Seminário de Engenharia de Fundações
Especiais e Geotecnia a formulação semi-empírica para estimativa de capacidade
de carga discriminada a seguir:
(8)
(9)
Al - Área lateral por metro linear (m²/m);
Ap - Área da ponta;
ββββ - Fator de correlação de atrito lateral, de acordo com o tipo de estaca. Para
estacas pré-moldadas, adota-se 0,4 tf/m²;
31
(α×NSPT)méd.abaixo - Média dos NSPT's multiplicados pelos fatores de correlação
de ponta correspondentes, ao longo de um comprimento de 1 vez o diametro
equivalente da ponta, abaixo da cota de paralização da estaca (vide QUADRO 4);
(α×NSPT)méd.acima - Média dos NSPT's multiplicados pelos fatores de correlação
de ponta correspondentes, ao longo de um comprimento de 4 vezes o diametro
equivalente da ponta, acima da cota de paralização da estaca (vide QUADRO 4) .
Quadro 4 - Fatores de correlação de resisência propostos por Teixeira (1996)
Fonte: Adaptado de SILVEIRA, José Ernani da Silva. Apostila Curso de Fundações – Volume 2.
A carga admissível deve ser obtida pela carga de ruptura por atrito lateral (PL)
dividida por 1,5 somada a carga de ruptura de ponta (PP) dividida por 4.
6.4 Interpretação dos cálculos de capacidade de carga
A partir dos cálculos realizados dentro dos critérios estabelecidos no item 6.3, foram
obtidos os resultados conforme indicado na Figura 8. O APÊNDICE A apresenta os
boletins detalhados dos cálculos de capacidade de carga.
Figura 8 - Gráfico de cargas admissíveis obtidas pelas formulações semi-empíricas
Fonte: Autor do TFC 2012.
TIPO DE ESTACA
SOLO ARGS ARGA SAG SAR AREA ARS ARE ARP
α(tf/m²) 11 21 16 26 30 36 40 44
Pré Moldadas ( Concreto ou Aço)
32
7 ESTIMATIVA DA CARGA ADMISSÍVEL ATRAVÉS DA "NEGA" E DO REPIQUE ELÁSTICO
7.1 Conceitos de "Nega" e Repique Elástico
A "nega" e o repique elástico são medidas de campo aplicadas à estacas cravadas
por percussão que permitem o controle da capacidade de carga das mesmas. A
Figura 9 ilustra a forma com que são realizados os registros de nega e repique em
campo.
Figura 9 - Croqui esquemático do registro de nega e repique em campo
Fonte: Manual de especificações de produtos e procedimentos ABEF -2004.
O lápis apoiado sobre régua de madeira se desloca a cada golpe do pilão e registra
as deformações permanentes (nega) e elásticas (repique) do sistema. Este registro
pode ser realizado também por meio de aparelhos eletrônicos.
A medida da "nega" corresponde a penetração permanente da estaca após a
aplicação de golpes sucessivos a uma energia conhecida (em geral, aplicam-se 10
golpes). A Figura 10 demonstra um boletim de campo contendo as medidas de nega
e de repique elástico. O ANEXO E apresenta todos os boletins de campo utilizados
no presente estudo.
33
Figura 10 - Boletim de campo com medidas de nega e de repique
Fonte: Autor do TFC - 2012.
As formulações aplicadas a estimativa da capacidade de carga através da "nega"
são baseadas na teoria de choque de corpos rígidos pressupondo-se que a estaca
obedece à lei de Hooke, o que foge a realidade de campo onde se desconhece a
energia real aplicada à estaca, a influência do cepo e do coxim instalados no
capacete (Alonso, 1995), dentre outros fatores geotécnicos como por exemplo a
cicatrização ou a relaxação da estaca que podem influenciar de forma significativa
na capacidade de suporte da estaca ao longo do tempo, e portanto, estas
formulações são aplicadas com algumas limitações. A seguir estão representadas a
duas formulações utilizadas no estudo: As fórmulas de Brix (12) e Holandeses (13).
(12)
(13)
Padm. - Carga Admissível da estaca (Alonso, 1995);
P - Peso próprio da estaca (Alonso, 1995);
34
W - Peso do pilão (Alonso, 1995);
S - Nega correspondente ao valor h (Alonso, 1995);
h - Altura de queda do pilão (Alonso, 1995).
O repique representa a parcela elástica do deslocamento de uma estaca no instante
da cravação, ou seja, trata-se do deslocamento medido no momento da percussão e
se desfaz quando o sistema entra em repouso.
Figura 11 - Modelo de estacas para fórmulas dinâmicas
Fonte: Livro Fundações: teoria e prática. 2ª Edição, p.745 - 1998.
O repique é dividido em duas parcelas, conforme demonstrado na Figura 11. A
parcela C2 corresponde à deformação elástica do fuste da estaca e a parcela C3
corresponde ao deslocamento elástico do solo sobre a ponta da estaca (ALONSO,
1995). A fórmula (14) representa o repique elástico (K). Deve-se observar que a
fórmula (14) é aproximada, visto que os deslocamentos máximos no topo e no pé do
fuste da estaca não ocorrem instantaneamente.
(14)
A estimativa da parcela C3 foi desenvolvida por Souza Filho e Abreu (1990) de
acordo com o tipo de solo. Para o caso do em estudo, foi adotado o valor de C3 =
35
2,5 mm, muito embora este seja o valor recomendado para areias e não para
rochas, porém é o valor que mais se adéqua a realidade da obra. O cálculo da
parcela C2 foi simplificado por Velloso (1987), adotando-se a fórmula (15).
(15)
PR - Carga de ruptura da estaca;
l - Comprimento da estaca;
A - Área da seção da estaca;
E - Módulo de elasticidade.
Para a estimativa de capacidade de carga no presente estudo, foram realizados
cálculos a partir da expressão (16), que sintetiza as fórmulas (14) e (15) divididas
por um fator de segurança de 2 , obtendo-se assim a carga admissível.
(16)
7.2 Resultados dos cálculos baseados na "Nega" e no Repique elástico
O Quadro 5 e a figura 12 apresentam a síntese dos resultados obtidos a partir dos
cálculos detalhados no item 7.1.
Quadro 5 - Cargas Admissíveis obtidas através da "Nega" e do Repique elástico
Holandeses Brix Repique Elástico
(tf) (tf) (tf)
P16-C HP310X110 156,0 115,4 167,5
P21-B HP310X125 414,7 319,9 249,4
P23-A HP310X125 221,3 152,4 193,3
P158-B HP310X110 452,3 205,2 252,0
CARGA ADMISSÍVEL
ESTACA PERFIL
Fonte: Autor do TFC 2012.
36
Figura 12 - Gráfico de cargas admissíveis obtidas através da "Nega" e do Repique
Fonte: Autor do TFC 2012.
8 ESTIMATIVAS DE CAPACIDADE DE CARGA ATRAVÉS DOS ENSAIOS DE CARREGAMENTO DINÂMICO
8.1 Princípios básicos do ensaio
O ensaio de carregamento dinâmico é um procedimento em que se aplica uma
carga dinâmica axial com um martelo a energias crescentes, medindo-se a
capacidade de carga através de correlações baseadas na teoria da equação da
onda. Este ensaio foi concebido para estacas cravadas, entretanto é aplicado
também a estacas escavadas. Segundo Niyama et. al (1998) este método, embora
respaldado pela NBR 6122/2010 da ABNT não deve ser utilizado isoladamente, não
se dispensando os cálculos estáticos ou mesmo provas de carga estáticas.
Para a realização do ensaio são acoplados à estaca um par de transdutores (ou
extensômetros) e um par de acelerômetros opostos ortogonalmente que são ligados
a um analisador PDA (vide FIG.13), que a cada impacto do pilão realiza uma série
de cálculos com as informações de deformação específica e aceleração das
partículas do material da estaca.
Além da capacidade de carga os sistemas PDA permitem obter informações como
energia máxima por golpe, eficiência do sistema de cravação, força máxima do
37
impacto, localização de danos estruturais (caso existam), avaliação da distribuição
da resistência à penetração (NIYAMA et. al, 1998). A figura 14 representa o visor de
um PDA com algumas das informações processadas pelo aparelho em tempo real.
Figura 13 -Sensores acoplados ao perfil e PDA
Fonte: Autor do TFC 2011
Figura 14 - Display do PDA
Fonte: PDI engenharia - 2005.
38
A análise da carga mobilizada pela estaca durante o ensaio de carregamento
dinâmico pode ser feito por dois métodos. O primeiro simplificado, desenvolvido pela
Case Reserve University, conhecido como método "CASE" e o segundo, mais
elaborado, conhecido como método "CAPWAP" (Case Pile Wave analysis Program)
onde a estaca é discretizada em um modelo de massas e molas conforme proposto
por Smith (1960) (NIYAMA et. al, 1998). No presente trabalho, somente será feita a
interpretação dos boletins de campo, onde constam os valores de RMX (capacidade
de carga estática obtida pelo método "CASE") e RU (carga última obtida pela análise
"CAPWAP").
8.2 Síntese dos resultados do ensaio
Abaixo estão representados os boletins parciais dos ensaios de carregamento
dinâmico realizados no empreendimento. Informações mais detalhadas sobre o
ensaio podem ser encontradas no ANEXO F. É importante salientar que as cargas
RMX e RU são as estimadas para ruptura do elemento, e para a comparação com
demais métodos de cálculo, serão divididos pelo fator de segurança 2 para obtenção
da carga admissível conforme sugerido pela NBR 6122/2010.
Quadro 6 - Análise "CASE"
Fonte: Geomec Engenheiros Consultores - 2012.
39
Quadro 7 - Análise "CAPWAP"
Fonte: Geomec Engenheiros Consultores - 2012.
9 ANÁLISE COMPARATIVA DOS RESULTADOS
O Figura 15 resume graficamente todos os valores de carga admissível obtidos no
estudo. No eixo das abscissas estão indicados os métodos de cálculo e no eixo das
ordenadas as cargas admissíveis correspondentes.
Figura 15 - Gráfico-resumo de cargas admissíveis
Fonte: Autor do TFC 2012
40
Observa-se que a maior dispersão encontrada foi no P23-A, com uma discrepância
de aproximadamente 817% entre o método proposto por Alberto Henriques Teixeira
e os valores encontrados na prova de carga dinâmica. Nos cálculos onde se observa
a menor dispersão são os relativos ao P16-C, onde a formulação proposta por Pedro
Paulo da Costa Velloso divergiu em menos de 2% dos valores de RMX e RU. O
APÊNDICE B apresenta o resumo geral dos resultados obtidos.
41
10 CONSIDERAÇÕES FINAIS
O desempenho previsto para as estacas através das formulações semi-empíricas se
mostrou distante da realidade medida através das provas de carga dinâmicas e das
estimativas feitas pela "nega" e pelo repique elástico. Algumas observações podem
ser pontuadas como possíveis causas dessa dispersão:
a) A limitação das formulações semi-empíricas em relação ao NSPT máximo de 50,
que muitas vezes é inferior ao encontrado em campo.
b) Os furos de sondagem não representaram de forma efetiva o perfil geotécnico
onde as estacas estão localizadas.
c) As formulações semi-empíricas não dispõe de recursos para modelar o apoio em
rocha.
d) As fórmulas semi-empíricas não contemplam efeitos da cicatrização ou relaxação
do solo.
e) A pressão neutra pode interferir nas leituras de capacidade de carga no momento
da realização do ensaio dinâmico.
f) As cargas dinâmicas são instantâneas, e não modelam o comportamento e
mobilização de tensões da estaca ao longo do tempo. Segundo ALONSO (1991)
os efeitos decorrentes do amolgamento, compactação e quebra da estrutura do
solo dependem do tempo e não podem ser avaliados com um só teste.
g) As fórmulas baseadas na teoria do choque de corpos rígidos pressupõe que o
corpo obedece à lei de Hooke e que a resistência ao longo da estaca é
mobilizada instantaneamente, o que não ocorre na realidade (ALONSO, 1991).
Em relação ao software implementado "P-LOAD", observa-se que o propósito do
mesmo foi alcançado, e o protótipo se mostrou efetivo na realização dos cálculos.
Nenhum erro ou "bug" foi encontrado durante a sua implementação. Cálculos
auxiliares feitos a mão pelo autor foram desenvolvidos ao longo do trabalho e
corroboraram com os obtidos pelo programa.
42
11 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
NIYAMA, Sussumu; AOKI, Nelson; CHAMECKI, Paulo Roberto. Fundações: teoria e prática. 2. ed. (6. tir.rev.aum.). São Paulo: Editora Pini, ABMS/ABEF, 1998. (Reimp. 2003). cap.20, p.723 - 749. ALONSO, Urbano Rodrigues. Controle "in situ" da capacidade de Carga. In: _______.Previsão e Controle das Fundações. São Paulo: Edgard Blucher Ltda, 1991. cap.6 p. 109 – 129. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 6122: Projeto e execução de fundações. Rio de Janeiro, OUT. 2010b.392 p. ______ ABNT NBR 13208: Estacas - Ensaio de carregamento dinâmico - método de ensaio. Rio de Janeiro, OUT. 1994a.4 p. ______ ABNT NBR 12131: Estacas - Prova de carga estática - método de ensaio. Rio de Janeiro, ABR. 1992a.4 p. ABEF. Manual de especificações de produtos e procedimentos: ABEF – Associação Brasileira de Empresas de Engenharia de Fundações e Geotecnia. 3.ed. (1. tir. rev.aum.). São Paulo: Pini, 2004. 410 p. SILVEIRA, José Ernani da Silva. Apostila Curso de Fundações – Volume 2 – Fundações em Estacas – Aspectos Executivos (Equipamentos e Processos). Belo Horizonte, FEA-FUMEC, 2002. Cap. VI, p. 5-41 SILVEIRA, José Ernani da Silva. Apostila Curso de Fundações– Volume 2 – Fundações em Estacas – Dimensionamento Geotécnico: Capacidade de Carga e Carga Admissível. Belo Horizonte, FEA-FUMEC, 2002. Cap. VIl, p. 42-54 SOARES, José Mário Doleys. Apostila Fundações Profundas- Carga Admissível. Santa Maria - RS, UFSM, 2009. Cap. VIl, p. 1-63 VELLOSO FILHO, Sergio Maurício Pimenta. Notas de Aula – Paper N.°11 –Capacidade de Carga - Interação Solo-Estaca - Dimensionamento Geotécnico. 2010.Belo Horizonte, Universidade FUMEC,2011.p.1-14.
CARTA GEOLÓGICA- FOLHA SE.23-Z-C-VL. Belo Horizonte: CPRM; 2009
NORMAS PARA ELABORAÇÃO DE TRABALHOS ACADÊMICOS. FEA/ FUMEC. (2012) Disponível em: https://ww2.fumec.br/sinef/aluno/crud/Materialdidaticoaluno.
43
INIC
IO:
FIM
:
1
14
ARG
A0,
04,
21,
70,
01,
90,
00,
02,
51,
30,
02,
00,
50,
07,
83,
9
24
ARG
A6,
35,
94,
94,
42,
73,
54,
04,
34,
25,
24,
05,
02,
47,
85,
1
35
ARG
A9,
48,
07,
06,
63,
85,
26,
05,
75,
87,
94,
57,
23,
69,
76,
7
44
ARG
A13
,68,
78,
99,
64,
16,
88,
75,
57,
111
,04,
59,
65,
27,
86,
5
54
ARG
A16
,710
,110
,711
,84,
38,
010
,65,
27,
913
,64,
011
,46,
47,
87,
1
66
AREA
19,8
15,5
14,1
13,9
7,9
10,9
12,6
8,4
10,5
16,2
7,1
14,2
7,5
20,0
13,8
76
SAR
26,7
17,7
17,8
17,4
7,8
12,6
15,7
9,6
12,6
18,3
9,5
16,5
11,8
18,4
15,1
89
SAR
33,0
24,5
23,0
20,9
10,8
15,9
18,8
12,0
15,4
21,2
11,0
19,0
14,5
27,5
21,0
911
SAR
42,6
31,5
29,6
26,2
13,7
19,9
23,6
14,9
19,2
25,1
14,6
22,9
18,7
33,7
26,2
1014
SAR
54,3
37,3
36,6
32,6
16,6
24,6
29,4
19,0
24,2
29,6
18,3
27,3
23,7
42,8
33,3
1111
SAR
69,1
38,3
42,9
40,8
16,5
28,6
36,8
18,8
27,8
35,1
18,3
31,6
30,1
33,7
31,9
1213
SAR
80,5
42,6
49,2
47,1
18,4
32,7
42,5
19,4
30,9
39,6
17,5
34,9
35,1
39,8
37,4
1315
SAR
94,0
44,6
55,4
54,6
19,9
37,3
49,2
21,4
35,3
44,8
20,4
39,5
40,9
45,9
43,4
1410
SAR
109,
639
,359
,663
,217
,040
,157
,019
,038
,050
,518
,343
,447
,630
,639
,1
1512
SAR
119,
746
,966
,768
,818
,643
,762
,018
,340
,254
,616
,146
,052
,036
,744
,4
1620
ARP
132,
084
,786
,775
,629
,952
,768
,239
,153
,659
,428
,252
,757
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APÊNDICE A - Boletins de cálculo de capacidade de carga
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:
1
16
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ARG
A11
0,4
70,6
72,4
77,7
34,2
56,0
70,1
54,7
62,4
62,6
48,7
60,3
42,0
95,5
68,8
1017
SAR
152,
367
,788
,010
7,2
30,4
68,8
96,7
44,0
70,3
83,6
36,5
73,5
58,0
51,0
54,5
1119
SAR
169,
274
,597
,511
6,4
33,3
74,9
105,
032
,668
,889
,625
,875
,465
,457
,061
,2
1220
SAR
188,
373
,410
4,7
126,
830
,878
,811
4,3
29,4
71,8
96,3
27,9
81,0
73,7
60,0
66,9
1336
SAR
208,
590
,411
9,5
137,
839
,388
,512
4,3
42,6
83,4
103,
340
,189
,582
,510
8,0
95,3
1437
SAR
245,
610
6,5
140,
815
8,2
45,1
101,
714
2,7
52,3
97,5
115,
752
,310
2,0
98,6
111,
010
4,8
1550
SAR
283,
513
4,5
167,
217
9,1
58,6
118,
916
1,6
66,2
113,
912
8,3
62,3
114,
311
5,0
150,
013
2,5
1650
SAR
335,
015
0,2
194,
120
7,6
65,4
136,
518
7,2
73,6
130,
414
5,2
71,6
129,
613
7,3
150,
014
3,7
1750
SAR
386,
215
8,4
217,
823
5,9
69,0
152,
421
2,7
76,4
144,
616
2,1
71,6
142,
615
9,4
150,
015
4,7
1850
SAR
437,
216
4,4
240,
726
4,1
71,6
167,
923
8,2
76,4
157,
317
8,8
71,6
155,
518
1,5
150,
016
5,8
1950
SAR
488,
016
4,4
261,
029
2,2
71,6
181,
926
3,5
76,4
170,
019
5,6
71,6
168,
320
3,5
150,
017
6,8
2050
SAR
538,
716
4,4
281,
332
0,3
71,6
195,
928
8,8
76,4
182,
621
2,3
71,6
181,
222
5,4
150,
018
7,7
2150
SAR
589,
316
4,4
301,
534
8,3
71,6
209,
931
4,1
76,4
195,
222
8,9
71,6
194,
024
7,3
150,
019
8,7
2250
SAR
639,
816
4,4
321,
737
6,2
71,6
223,
933
9,3
76,4
207,
824
5,6
71,6
206,
826
9,1
150,
020
9,6
2350
SAR
690,
116
4,4
341,
840
4,1
71,6
237,
836
4,4
76,4
220,
426
2,2
71,6
219,
629
0,9
150,
022
0,5
2450
SAR
740,
416
4,4
361,
943
1,9
71,6
251,
838
9,5
76,4
232,
927
8,8
71,6
232,
331
2,6
150,
023
1,3
25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40
SM-0
4
DÉC
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PP
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PLP
PP
PP
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PAD
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-04
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PP
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BRA
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REVI
SÃO
:
PL
PPP
AD
PL
PR
OF
SPT
SOLO
ATR
ITO
NEGA
TIVO
C
ALC
ULA
R
47
APÊNDICE B - Resumo geral de cargas admissíveis
.
48
APÊNDICE C – Algoritmo para a formulação de Pedro Paulo Costa Velloso
SUB PEDROPAULOVELLOSO() DIM LINHASPT AS INTEGER DIM FCORRELACAOAL AS SINGLE, FCORRELACAOPT AS SINGLE DIM PPVALFAAL AS SINGLE, PPVALFAPT AS SINGLE DIM ALPARCIAL AS SINGLE, ALTOTAL AS SINGLE DIM LEST AS INTEGER, CEST AS INTEGER DIM PPVBETA AS SINGLE DIM LLAMBIDA AS INTEGER, CLAMBIDA AS INTEGER DIM COLUNASOLO AS INTEGER DIM COLUNASPT AS INTEGER ALTOTAL = 0 ALPARCIAL = 0 FCORRELACAOPT1 = 0 FCORRELACAOPT2 = 0 LINHASPT = 11 LINHASPTINICIAL = 11 COLUNASPT = 2 LEST = 17 CEST = 10 PPVBETA = WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(LEST, 10).VALUE CONTADOR = 0 LLAMBIDA = 2 CLAMBIDA = 8 COLUNASOLO = 3 AREALATERAL = WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(LEST, 6).VALUE PPVALFAAL = WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(30, 5) PPVALFAPT = WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(31, 5) IF WORKSHEETS("USERFORM").CELLS(LLAMBIDA, CLAMBIDA) = 1 THEN PPVLAMBIDAAL = 1 PPVLAMBIDAPT = 1 ELSE IF WORKSHEETS("USERFORM").CELLS(LLAMBIDA, CLAMBIDA) = 2 THEN PPVLAMBIDAAL = 0.75 PPVLAMBIDAPT = 0 ELSE MSGBOX "VOÇÊ ALTEROU CONFIGURAÇÕES SEM PERMISSÃO!!!", VBCRITICAL, "ERRO FATAL " END IF END IF DO UNTIL WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, COLUNASPT) = 0 SELECT CASE WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, COLUNASOLO) CASE "ARG", "ARGS", "ARGA" ADESAO = 0.63 * WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, COLUNASPT) CASE "SAG" ADESAO = 0.7 * WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, COLUNASPT) CASE "SAR" IF WORKSHEETS("USERFORM").CELLS(9, 2).VALUE = TRUE THEN ADESAO = 1.21 * (WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, COLUNASPT)) ^ 0.74 ELSE ADESAO = 0.8 * WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, COLUNASPT) END IF CASE "AREA", "ARS" ADESAO = 0.85 * WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, COLUNASPT) CASE "ARE", "ARP" ADESAO = 0.5 * WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, COLUNASPT) CASE IS <> "ARG", "ARGS", "ARGA", "SAG", "SAR", "AREA", "ARS", "ARE", "ARP" MSGBOX "ATENÇÃO AO TIPO DE SOLO DECLARADO NA LINHA "& LINHASPT & ", COLUNA " & COLUNASOLO & ".", VBCRITICAL, "ERRO FATAL " ADESAO = 0 END SELECT ALPARCIAL = ADESAO * PPVALFAAL * PPVLAMBIDAAL * AREALATERAL IF ALTOTAL > 0 THEN SELECT CASE WORKSHEETS("USERFORM").CELLS(3, 2) CASE FALSE ATRITOLATERALPPV = ALTOTAL WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, 4) = ATRITOLATERALPPV CASE TRUE
49
ATRITOLATERALPPV = (ALTOTAL * (CONTADOR + 1)) / CONTADOR WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, 4) = ATRITOLATERALPPV END SELECT ELSE WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, 4) = "0" END IF ALTOTAL = ALTOTAL + ALPARCIAL CONTADOR = CONTADOR + 1 QP1TOTAL = 0 INTEIROABAIXO = FIX((3.5 * WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(LEST, 9).VALUE) / 100) FRACIONADOABAIXO = ((3.5 * WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(LEST, 9).VALUE) / 100) - INTEIROABAIXO IF FRACIONADOABAIXO <> 0 THEN CONT1 = INTEIROABAIXO + 1 ELSE CONT1 = INTEIROABAIXO END IF FOR Y = 1 TO CONT1 SELECT CASE WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT + Y - 1, COLUNASOLO) CASE "ARG", "ARGS", "ARGA" FCORRELACAOPT1 = 25 CASE "SAG" FCORRELACAOPT1 = 30 CASE "SAR" FCORRELACAOPT1 = 40 CASE "AREA" FCORRELACAOPT1 = 45 CASE "ARS" FCORRELACAOPT1 = 50 CASE "ARE", "ARP" FCORRELACAOPT1 = 60 CASE 0 FCORRELACAOPT1 = FCORRELACAOPT1 CASE IS <> "ARG", "ARGS", "ARGA", "SAG", "SAR", "AREA", "ARS", "ARE", "ARP", 0 MSGBOX "ATENÇÃO AO TIPO DE SOLO DECLARADO NA LINHA "& LINHASPT & ", COLUNA " & COLUNASOLO & ".", VBCRITICAL, "ERRO FATAL " FCORRELACAOPT1 = 0 END SELECT IF WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT + Y - 1, COLUNASPT) <> 0 THEN SPTPONTA = WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT + Y - 1, COLUNASPT) END IF IF Y = CONT1 AND FRACIONADOABAIXO <> 0 THEN QP1PARCIAL = SPTPONTA * FRACIONADOABAIXO * FCORRELACAOPT1 ELSE QP1PARCIAL = SPTPONTA * FCORRELACAOPT1 END IF QP1TOTAL = QP1TOTAL + QP1PARCIAL NEXT Y QP1TOTAL = QP1TOTAL / (((3.5 * WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(LEST, 9).VALUE)) / 100) QP2TOTAL = 0 INTEIROACIMA = FIX((8 * WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(LEST, 9).VALUE) / 100) FRACIONADOACIMA = ((8 * WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(LEST, 9).VALUE) / 100) - INTEIROACIMA IF FRACIONADOACIMA <> 0 THEN CONT2 = INTEIROACIMA + 1 ELSE CONT2 = INTEIROACIMA END IF IF CONT2 > LINHASPT - LINHASPTINICIAL THEN CONT2 = LINHASPT - LINHASPTINICIAL FRACIONADOACIMA = 1 END IF FOR X = 1 TO CONT2 SELECT CASE WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT - X, COLUNASOLO) CASE "ARG", "ARGS", "ARGA" FCORRELACAOPT2 = 25 CASE "SAG" FCORRELACAOPT2 = 30 CASE "SAR" FCORRELACAOPT2 = 40 CASE "AREA" FCORRELACAOPT2 = 45 CASE "ARS" FCORRELACAOPT2 = 50
50
CASE "ARE", "ARP" FCORRELACAOPT2 = 60 CASE IS <> "ARG", "ARGS", "ARGA", "SAG", "SAR", "AREA", "ARS", "ARE", "ARP" MSGBOX "ATENÇÃO AO TIPO DE SOLO DECLARADO NA LINHA "& LINHASPT & ", COLUNA " & COLUNASOLO & ".", VBCRITICAL, "ERRO FATAL " FCORRELACAOPT2 = 0 END SELECT IF X = CONT2 AND FRACIONADOACIMA <> 0 THEN QP2PARCIAL = WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT - X, 2) * FRACIONADOACIMA * FCORRELACAOPT2 ELSE QP2PARCIAL = WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT - X, 2) * FCORRELACAOPT2 END IF QP2TOTAL = QP2TOTAL + QP2PARCIAL NEXT X QP2TOTAL = QP2TOTAL / ((8 * WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(LEST, 9).VALUE) / 100) QP = (QP2TOTAL + QP1TOTAL) * 0.5 CARGADEPONTA = QP * PPVBETA * PPVALFAPT * PPVLAMBIDAPT * WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(LEST, 7) ' AQUI QUE ENTRA AS FORMULAS E FATORES DE SEGURANÇA WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, 5) = CARGADEPONTA WORKSHEETS("SONDAGEM").CELLS(LINHASPT, 6) = (CARGADEPONTA + ATRITOLATERALPPV) / WORKSHEETS("DADOS ESTACAS").CELLS(8, 3).VALUE LINHASPT = LINHASPT + 1 LOOP END SUB
51
ANEXOS
ANEXO A - Levantamento planialtimétrico
52
ANEXO B - Projeto de terraplenagem
53
ANEXO C - Projeto de fundações
54
ANEXO D - Boletins de sondagem
Norte:Leste:
29/10/2010
De AtéG
rau
de
Alt
era
ção
Re
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cia
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RQD (%) T
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S P
T
0,00 1,00 W4 R2
1,00 1,45
1,45 2,00 W4 R2
2,00 2,45
2,45 3,00 W4 R2
3,00 3,45
3,45 4,00 W4 R2
4,00 4,45
4,45 5,00 W4 R2
5,00 5,45
5,45 6,00 W4 R2
6,00 6,45
6,45 7,00 W4 R2
7,00 7,45
7,45 9,10 W1 R4 46,7 Fr P L Ox 35° 2,0 3,0
9,10 10,00
10,00 10,45 W6 R0
10,45 11,00
11,00 11,45 W6 R0
11,45 12,00
12,00 12,45 W6 R0
12,45 13,00
13,00 13,45 W6 R0
13,45 14,00
14,00 14,45 W6 R0
14,45 15,00
15,00 15,45 W6 R0
15,45 15,81
15,81 17,00 W1 R4 39,5 Fr P R 45° 2,0 3,0
17,00 18,40 W1 R4 42,1 Fr P R M 30° 3,0 3,0
18,40 19,40 W1 R3
Classes
I - Muito Bom
II - Bom
III - Regular
IV - Pobre
V -Muito Pobre
VI - Solo Estruturado
Planilha de DESCRIÇÃO E CLASSIFICAÇÃO GEOTÉCNICA Sistema RMR (Bieniawski, 1976)
NW - W
NW - W
NW - W
Data de Execução:
LOCAL: AV. DOS ANDRADAS, 2525 - SANTA EFIGÊNCIA - BELO HORIZONTE
Tipo de Sondagem:
NW - W
Fraturamento
ObservaçõesDescrição Litológica e
Unidade Litoestratigráfica
NW / BW
Recuperação: 4,16m (19,40%) - NIVEL D'ÁGUA - 6,40 mDescrito por:Data de Descrição:
Muito friável, armazenado em sacos
7
11
19,40
NW - W
Intervalo (m)
SM-04
Azimute: Profundidade Final (m):
Furo Nº:Coordenadas
Diâmetro do Testemunho:
Observação:Daniel Chaves
90º
CIS - Cisalhamento
Forma
P - Planar
Muito friável, armazenado em sacos
Muito friável, armazenado em sacos
L - Lisa
Rugosidade
J - Junta
Muito friável, armazenado em sacos
Muito friável, armazenado em sacos
24
9
10
NW - W
NA = 6,40m (16/08/2010)
19
Muito friável, armazenado em sacos
NW - W
NW - D
BW - D
7
BW - W
BW - D - Fratura preenchida por mica branca
BW - W
P - Polida
RMR e Classes de MaciçoGrau de Alteração
RMR
PreenchimentoResistência / Coerência
-
40 - 20
I - irregular
< 20
E - Estriada
Arg - Argila
R - Rugosa 80 - 60
100 - 80
1 - Compacto - >300 cm
Ca - Carbonato 60 - 40
5 - Fragmentada - < 5 cmTa - Talco
Ox - Oxidação
4 - Fraturado - 30-5 cm
W6 - Solo Residual
R3 - Medianamente Resistente
R4 - ResistenteW5 - Rocha Completamente Alterada
R5 - Muito Resistente
R6 - Extremamente Resistente
B - Bandamento Composicional ββββ - Ângulo em relação ao eixo do furo
FO - Foliação
Cliente: 09/08 a 15/08/2010
Mista (SR / SP)
V - Veio
F - Falha
A - Acamamento
17
BW - W
Muito friável, armazenado em sacos
I - Irregular
D - DentadaW4 - Rocha Muito Alterada
BW - D
Fr - Fratura C - Curva
O - Ondulada
G - Gouge
M - Mica
BW - D - Intervalo muito fragmentado
Grau de Fraturamento
BW - W
EGF ENGENHARIA GEOTECNIA E FUNDAÇÕES LTDA
R2 - Rocha Branda
Gnaisse cinza claro, com muito quartzo
Silte arenoso (areia fina e média), medianamente compacto a muito
compacto, cor amarela. (9,10 a 15,81m)
2 - Maciço - 300-100 cm
W1 - Rocha Sã
3 - Moderadamente Frat. 100-30 cm
Tipo Descontinuidade
W3 - Rocha Moderadamente Alterada
Inclinação: Elevação (m):
Gnaisse cinza
Gnaisse cinza
Gnaisse cinza
R0 - Extremamente Branda e Solo Estruturado Rijo a Duro
W2 - Rocha Pouco Alterada R1 - Muito Branda
8
Argila com pedregulhos grossos e fragmentos de itabirito, média a rija,
cor marrom, amarela e cinza. (0,00 a 7,45m)
Seção:
37
20/10
BW - W
Muito friável, armazenado em sacos
BW - W
Muito friável, armazenado em sacos
20
36
BW - W
Muito friável, armazenado em sacos
55
56
57
58
59
60
61
62
ANEXO E - Boletins de acompanhamento de campo
63
.
64
.
65
.
66
ANEXO F - Relatório parcial de ensaio de carregamento dinâmico