UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA CURSO: ENGENHARIA CIVIL JACQUELINE ALMEIDA MURICY

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA CURSO: ENGENHARIA CIVIL JACQUELINE ALMEIDA MURICY CAPACIDADE DE CARGA DAS FUNDAÇÕES DE UMA OBRA COM ESTACA TIPO STRAUSS, VARIANDO SUAS DIMENSÕES Feira de Santana- BA Setembro/2011

2 JACQUELINE ALMEIDA MURICY CAPACIDADE DE CARGA DAS FUNDAÇÕES DE UMA OBRA COM ESTACA TIPO STRAUSS, VARIANDO SUAS DIMENSÕES Monografia apresentada à disciplina Projeto Final II do Curso de Engenharia Civil, da Universidade Estadual de Feira de Santana, como parte dos requisitos para conclusão do Curso de Engenharia Civil. Área do conhecimento: Geotecnia Orientadora: Profª. D.Sc. Maria do Socorro Costa São Mateus. Feira de Santana - BA Setembro/2011

3 JACQUELINE ALMEIDA MURICY CAPACIDADE DE CARGA DAS FUNDAÇÕES DE UMA OBRA COM ESTACA TIPO STRAUSS, VARIANDO SUAS DIMENSÕES Esta monografia foi julgada e aprovada como parte dos requisitos para a obtenção parcial do título de Bacharel em Engenharia Civil pela Universidade Estadual de Feira de Santana. Feira de Santana, 05 de setembro de Profa. D.Sc. Maria do Socorro Costa São Mateus Orientadora do Trabalho de Conclusão de Curso APROVADA POR: Profa. D.Sc. Maria do Socorro Costa São Mateus (Orientadora) Universidade Estadual de Feira de Santana Prof. M.Sc. Areobaldo Oliveira Aflitos (Examinador) Universidade Estadual de Feira de Santana Prof. D.Sc. Koji de Jesus Nagahama (Examinador) Universidade Estadual de Feira de Santana

4 Dedico este trabalho aos meus pais, Terezinha e Jefté, como forma de agradecimento pelo estímulo, dedicação e ensinamentos transmitidos, pela garra e pelos momentos de fraqueza superados, pela força e motivação passadas e por acreditarem em mim sempre.

5 AGRADECIMENTOS Primeiramente a Deus, meu companheiro de todas as horas. Aquele que nunca me abandonou, mesmo nos momentos em que eu O esqueci. À minha família, que sempre me apoiou, acreditou em mim e me deu a mão nos momentos em que eu mais precisei, não medindo esforços para que eu chegasse aonde eu cheguei. E, principalmente à minha mamãezinha, pelo incansável incentivo no desenvolvimento deste trabalho e por colocar o meu estudo acima de todas as adversidades que a vida lhe pôs no caminho, me fazendo compreender a grande importância deste na minha vida. À professora e minha orientadora Socorro, pela confiança depositada em mim, pela dedicação, ensinamentos transmitidos, paciência e, até mesmo, pelos puxões de orelha e lágrimas que insistiam em cair dos meus olhos em alguns instantes, ao decorrer do desenvolvimento deste trabalho. Foram de grande importância! Ao Engenheiro Civil Juraci das Mercês Ramos e todo o pessoal da APOIO, pela amizade, por possibilitar o acompanhamento de obras e fornecer dados destas obras para a realização deste trabalho. Aos meus companheiros da República Coração de Mãe, pelos momentos de companheirismo, alegrias e dúvidas esclarecidas. À minha grande família da UEFS, formada ao longo destes 5 anos, em especial: Ni, Rosane, Gel, Iggor, Daisy, Paty, Alex, Marcello, Zazá e Sandrinho, que entre momentos de alegrias, angústias, estudos, risos e lágrimas, me fizeram muito feliz. À Universidade Estadual de Feira de Santana e aos professores desta, em especial: Carlos Alves, Lysie, Zé Mário, Dindo, Freitinhas, Cintia, Janeide e Cris, pela amizade, ensinamentos e exemplo de profissionalismo. À Verônica, que sempre se mostrou disposta a me ajudar. Pela sua amizade e paciência. A todos que fizeram parte da minha história ao longo destes 5 anos e que me ajudaram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho. Muito obrigada!!!

6 A inteligência é uma dádiva, mas a sabedoria se desenvolve através da persistência. (Francisco Xavier)

7 I RESUMO O presente trabalho aplicou quatro métodos semi-empíricos para a previsão de capacidade de carga das fundações de uma obra com estaca do tipo Strauss, realizada em Feira de Santana BA, tomando como base o seu perfil de sondagem e, variando os diâmetros e as cotas de apoio das estacas para cada método. Inicialmente realizou-se uma revisão bibliográfica sobre o tema em questão e sobre os métodos semi-empíricos de previsão de capacidade de carga de estacas: Aoki- Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997). Após a revisão bibliográfica, foram apresentadas características da obra estudada e do seu perfil de sondagem. Calculou-se a capacidade de carga das estacas, e, na análise dos resultados obtidos, para os quatro métodos de previsão de capacidade de carga de estacas estudados, verificou-se que a capacidade de carga de ponta exerce maior influência sobre a capacidade de carga de ruptura quando comparado com a carga por atrito lateral. Observou-se também que o método de Aoki-Veloso (1975) mostra-se mais conservador tanto para a variação do diâmetro, quanto para a variação da cota de apoio. Verificou-se, para o estudo realizado, que a carga de ruptura sofre um incremento muito maior, quando o comprimento da estaca é aumentado, quando comparado com os incrementos promovidos pelo aumento do diâmetro. Em contrapartida, os valores de carga de ruptura são muito superiores, quando os diâmetros sofrem variação. Palavras-Chave: estacas escavadas, capacidade de carga, métodos semiempíricos, dimensões das estacas

8 II ABSTRACT This work applied four semi-empirical methods to preview the bearing capacity of the Strauss piles, excavated in a building in Feira de Santana - BA, on the basis of soil profile, varying the diameter and the length of foundation to each employed method. A literature review was initially done about the studied subject and the semi-empirical methods of piles load capacity: Aoki-Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), Laprovitera (1988) & Benegas (1993) and Monteiro (1997). The characteristics of the studied building and of the soil profile were presented and the piles bearing capacity was calculated. The obtained results to the applied methods showed a major influence of the bottom load capacity over the ultimate load capacity when compared to the lateral frictional load capacity. It was observed that Aoki-Velloso (1975) was the most traditional method to diameter and length of piles variation. The study has showed that the bearing capacity has a considerable increment because of the increases in length of pile when compared to the increment due to an increases in the diameter. On the other hand, the values of bearing capacity are much higher when the variation is applied on the diameters. Key-Words: excavated piles, bearing capacity, semi-empirical methods, pile dimensions

9 III LISTA DE FIGURAS CAPÍTULO 2 Figura Esquema da capacidade de carga de fuste e capacidade de carga de ponta de uma estaca (NIENOV, 2006) Figura Parâmetro k para cada tipo de solo: métodos semi-empíricos de Aoki- Velloso (1975), Laprovitera (1988), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978) Figura Parâmetro α para cada tipo de solo: métodos semi-empíricos de Aoki- Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Monteiro (1997) Figura Parâmetro F1 para cada tipo de estaca: métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997) Figura Parâmetro F2 para cada tipo de estaca: métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997) CAPÍTULO 3 Figura Realização de um pré-furo com o pilão do equipamento, para auxiliar na introdução do tubo guia, e verificação do prumo da estaca Figura Colocação do tubo guia com coroa cortante na extremidade inferior e lançamento de água no furo Figura Balde sonda ou piteira Figura Remoção do material desagregado que fica retido no balde sonda Figura Travamento do balde sonda para avanço do tubo guia no terreno Figura Preparação do concreto Figura Lançamento do concreto no furo Figura Colocação da ferragem de espera Figura Retirada do tubo guia do terreno CAPÍTULO 4 Figura Diâmetro x Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) estaca Strauss com profundidade de 11,5m Figura Diâmetro x Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e Benegas (1993) estaca Strauss com profundidade de 11,5m... 38

10 IV Figura Diâmetro x Capacidade de Carga por Monteiro (1997) estaca Strauss com profundidade de 11,5m Figura Diâmetro x Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) estaca Strauss com profundidade de 11,5m Figura Diâmetro x Relação entre Capacidade Carga (%) estaca Strauss com profundidade de 11,5m Figura Diâmetro x Capacidade de Carga por Atrito Lateral estaca Strauss com profundidade de 11,5m Figura Diâmetro x Capacidade de Carga de Ponta estaca Strauss com profundidade de 11,5m Figura Diâmetro x Capacidade de Carga de Ruptura estaca Strauss com profundidade de 11,5m Figura Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Figura Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e Benegas (1993) estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Figura Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Monteiro (1997) estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Figura Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Figura Cota de Apoio x Relação entre Cargas (%) estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Figura Cota de Apoio x Capacidade de Carga por Atrito Lateral estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Figura Cota de Apoio x Capacidade de Carga de Ponta estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Figura Cota de Apoio x Capacidade de Carga de Ruptura estaca Strauss com diâmetro de 0,25m... 63

11 V LISTA DE TABELAS CAPÍTULO 2 Tabela Diâmetros comerciais e carga admissível de algumas estacas... 8 Tabela Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros CAPÍTULO 3 Tabela Características da obra estudada Tabela Resumo do perfil de solo da obra estudada CAPÍTULO 4 Tabela Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) e sua relação, tomando como referência o menor diâmetro estaca Strauss com profundidade de 11,5m Tabela Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e Benegas (1993) e sua relação, tomando como referência o menor diâmetro estaca Strauss com profundidade de 11,5m Tabela Capacidade de Carga por Monteiro (1997) e sua relação, tomando como referência o menor diâmetro estaca Strauss com profundidade de 11,5m Tabela Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) e sua relação, tomando como referência o menor diâmetro estaca Strauss com profundidade de 11,5m Tabela Relação entre capacidades de carga por atrito lateral e de ponta e capacidade de carga de ruptura estaca Strauss com profundidade de 11,5m Tabela Capacidade de carga por Atrito Lateral estaca Strauss com profundidade de 11,5m Tabela Capacidade de Carga de Ponta estaca Strauss com profundidade de 11,5m Tabela Capacidade de Carga de Ruptura estaca Strauss com profundidade de 11,5m Tabela Resumo das conclusões dos métodos semi-empíricos para a variação do diâmetro estaca Strauss com cota de apoio de 11,5m... 49

12 VI Tabela Capacidade de Carga por Aoki-Velloso (1975) e sua relação, tomando como referência o menor diâmetro : estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Tabela Capacidade de Carga por Laprovitera (1988) e Benegas (1993) e sua relação, tomando como referência a menor cota de apoio estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Tabela Capacidade de Carga por Monteiro (1997) e sua relação, tomando como referência a menor cota de apoio estaca Strauss com diâmetro de 0,25m.. 53 Tabela Capacidade de Carga por Décourt-Quaresma (1978) e sua relação, tomando como referência a menor cota de apoio estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Tabela Relação entre as capacidades de carga por atrito lateral e de ponta e a capacidade de carga de ruptura estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Tabela Capacidade de carga por Atrito Lateral estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Tabela Capacidade de Carga de Ponta estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Tabela Capacidade de Carga de Ruptura estaca Strauss com diâmetro de 0,25m Tabela Resumo das conclusões dos métodos semi-empíricos para a variação da cota de apoio estaca Strauss com diâmetro de 0,25m... 69

13 VII LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT CPT EEF EIF SP SPT SPT-T Associação Brasileira de Normas Técnicas; Cone Penetration Test; Elemento Estrutural de Fundação; Elemento Isolado de Fundação; Sondagem a percussão Standard Penetration Test; Standard Penetration Test com medida de torque.

14 VIII LISTA DE SÍMBOLOS área lateral da estaca; área da sessão transversal da ponta da estaca; B C D L F1 F2 FS k diâmetro ou lado da estaca; coeficiente tabelado que depende do tipo de solo; diâmetro ou lado da estaca; comprimento da estaca; coeficiente tabelado que varia em função do tipo de estaca; coeficiente tabelado que varia em função do tipo de estaca; fator de segurança; coeficiente tabelado que varia em função do tipo de solo; índice de resistência à penetração do ensaio SPT; valor médio de SPT de cada camada ao longo do fuste da estaca, exceto o da camada da ponta e do primeiro metro da superfície; valor de SPT relativo à camada de solo na qual está apoiada a ponta da estaca; valor médio de SPT relativo à ponta da estaca, camada imediatamente superior e camada imediatamente inferior; capacidade de carga admissível da estaca; tensão de ruptura unitária por atrito lateral da estaca; capacidade de carga por atrito lateral da estaca; capacidade de carga unitária de ponta da estaca;

15 IX capacidade de carga de ponta da estaca; capacidade de carga de ruptura da estaca; α β coeficiente tabelado que varia em função do tipo de solo; fator de redução que leva em conta o processo executivo da fundação.

16 X SUMÁRIO RESUMO... I ABSTRACT... II LISTA DE FIGURAS... III LISTA DE TABELAS... V LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS... VII LISTA DE SÍMBOLOS... VIII 1 INTRODUÇÃO JUSTIFICATIVA OBJETIVOS Objetivo Geral Objetivos Específicos HIPÓTESE REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Tipos, características e processo executivo das estacas Capacidade de carga das fundações profundas O método Aoki-Velloso (1975) O método Laprovitera (1988) e Benegas (1993) O método Monteiro (1997) O método Décourt-Quaresma (1978) METODOLOGIA RESULTADOS E DISCUSSÃO Obra A: estaca tipo Strauss variação de diâmetro Previsão da capacidade de carga para os quatro métodos e relação Percentuais de participação de e na capacidade de carga de ruptura Calculo de comparação entre os métodos estudados Calculo de comparação entre os métodos estudados Calculo de comparação entre os métodos estudados... 47

17 XI 4.2 Obra A: estaca tipo Strauss variação de comprimento Previsão da capacidade de carga para os quatro métodos e relação Percentuais de participação de e na capacidade de carga de ruptura Calculo de comparação entre os métodos estudados Calculo de comparação entre os métodos estudados Calculo de comparação entre os métodos estudados CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS ANEXOS ANEXO A PARÂMETROS ESTABELECIDOS PELOS DIFERENTES MÉTODOS SEMI-ÉMPÍRICOS DE PREVISÃO DE CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS ANEXO B ESPECIFICAÇÕES DO RELATÓRIO DE SONDAGEM (OBRA A) ANEXO C CROQUI DE LOCALIZAÇÃO DOS FUROS DE SONDAGEM (OBRA A) ANEXO D FUROS DE SONDAGEM (OBRA A) ANEXO E MEMÓRIA DE CÁLCULO DAS PREVISÕES DE CAPACIDADE DE CARGA... 81

18 1 1 INTRODUÇÃO A previsão da capacidade de carga de estacas requer, na teoria, a estimativa das propriedades do solo, suas alterações pela execução da fundação e o conhecimento do mecanismo de interação solo-estaca (LOBO, 2005). Devido à grande dificuldade de reproduzir analítica e numericamente o mecanismo de interação solo-estaca, é comum no Brasil fazer uso de correlações empíricas, relacionando diretamente os resultados do ensaio SPT (Standard Penetration Test) com o desempenho do elemento de fundação (LOBO, 2005). Prever o comportamento ou o desempenho de uma fundação antes de entrar em trabalho não parece tarefa fácil. Sendo assim, diversas tentativas foram realizadas através dos métodos de capacidade de carga para se chegar a um resultado. Porém, através da experiência acumulada, pode-se chegar à conclusão de que a prova de carga é a melhor maneira de se interpretar o desempenho de uma estaca (GONÇALVES, 2008). Entretanto, na maioria das vezes esse tipo de ensaio não é realizado porque implica em custo adicional para a obra e tempo gasto na execução do ensaio, optando-se pela previsão da capacidade de carga por meio de métodos estáticos semi-empíricos. Segundo Décourt et al (1996), no Brasil, dentre os métodos semi-empíricos os mais conhecidos são os de Aoki-Velloso (1975) e de Décourt-Quaresma (1978) (apud ARAÚJO e WOLLE, 2006). Este trabalho analisa a influência das dimensões na previsão da capacidade de carga das estacas escavadas do tipo Strauss, adotadas em uma obra da cidade de Feira de Santana, por meio de quatro métodos semi-empíricos que introduzem nas suas equações, parâmetros relacionados ao tipo de solo e ao processo executivo da estaca. Para isto foram levantados dados tais como característica da obra e do subsolo. Este trabalho está dividido em 7 capítulos, distribuídos da seguinte maneira: - Capítulo 1 Introdução: apresentação inicial e objetivos;

19 2 - Capítulo 2 Revisão bibliográfica: resume assuntos como a interação soloestaca e a capacidade de carga de estacas, mostrando alguns dos diferentes métodos semi-empíricos utilizados para essa previsão; - Capítulo 3 Metodologia: apresenta a descrição da parte prática do trabalho, com o detalhamento do perfil de solo estudado, bem como as metodologias de cálculo empregadas nas diversas simulações realizadas; - Capítulo 4 Análise e discussão: resultados e interpretações das simulações desenvolvidas; - Capítulo 5 Conclusões; - Capítulo 6 Sugestões para trabalhos futuros; - Capítulo 7 Referências. 1.1 JUSTIFICATIVA O diâmetro e o comprimento de uma estaca são características fundamentais para um bom desempenho das mesmas, pois estes parâmetros são utilizados na maioria dos métodos para previsão de capacidade de carga. A capacidade se dá também pelo material da estaca e pelas camadas de solo atravessadas. A escolha do tema partiu do interesse em analisar a influência das dimensões, diâmetro e comprimento, na capacidade de carga das estacas, utilizando um mesmo perfil geotécnico de Feira de Santana - BA. Os métodos estudados possuem algumas características que podem limitar a sua aplicação. Tais limitações podem ser representadas pelo fato da maioria dos métodos não considerar estaca do tipo Strauss em seus parâmetros F1 e F2, ou ainda, no fato de um dos mais conhecidos e tradicionais métodos de previsão de capacidade de carga, o método de Décourt-Quaresma (1978), não considerar em seus cálculos o tipo de estaca que está sendo empregado.

20 3 1.2 OBJETIVOS Objetivo Geral O objetivo geral deste trabalho é verificar a dispersão na capacidade de carga de estacas do tipo Strauss, utilizando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), Laprovitera (1988) e Benegas (1993) e Monteiro (1997), variando as dimensões da estaca Objetivos Específicos Os objetivos específicos são: Calcular a capacidade de carga por atrito lateral, de ponta, de ruptura e admissível utilizando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), Monteiro (1997) para uma obra na cidade de Feira de Santana-Ba, com estaca escavada do tipo Strauss; Variar as dimensões das estacas, diâmetro e comprimento, utilizando os métodos supracitados, e verificar a influência nos resultados e a dispersão entre os métodos. 1.3 HIPÓTESE Neste estudo, foi considerada a seguinte hipótese: O diâmetro e o comprimento das estacas, a partir de um determinado valor, não alteram de maneira significativa os resultados de capacidade de carga das estacas.

21 4 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Para se elaborar projetos geotécnicos e, principalmente, de fundações, devese conhecer o solo adequadamente. Para tanto, se faz necessário identificar e classificar as diversas camadas que o compõem, além de avaliar as suas propriedades de engenharia. Tal identificação e classificação podem ser definidas através de ensaios in situ, já as suas propriedades podem ser avaliadas através de ensaios de laboratório e de campo (VELLOSO e LOPES, 2002). Um projeto de fundações depende principalmente das cargas transmitidas pela superestrutura e à resposta do solo a estas solicitações. Porém, cada tipo de solo responde de maneira diferente, pois são distintos entre si, fazendo com que o projeto analise cuidadosamente tal componente. A NBR Projetos e Execução de Fundações (ABNT, 1996) define fundações profundas como elementos que transferem a carga da superestrutura ao terreno através da sua base (resistência de ponta), através da sua superfície lateral (resistência de fuste), ou ainda através da combinação desses dois elementos. Tais fundações, para serem consideradas profundas, devem estar apoiadas em profundidades superiores ao dobro de sua menor dimensão em planta ou a, no mínimo, três metros de profundidade, salvo justificativa. São exemplos desse tipo de fundação as estacas, os tubulões e os caixões. Segundo Velloso e Lopes (2002), estaca pode ser definida como elemento de fundação profunda executada com a utilização de equipamentos ou ferramentas, através de processo de cravação a percussão, prensagem, vibração ou escavação, podendo ainda ser executada por mais de um destes processos, caracterizando-se como um processo misto. Segundo Reese et al (2006), existem dois motivos básicos para que o emprego das estacas seja considerado. O primeiro motivo diz respeito ao aumento da capacidade de carga do solo, e o segundo diz respeito à redução dos recalques da fundação (apud ANDRAOS, 2009).

22 5 2.1 Tipos, características e processo executivo das estacas Existem diversos tipos de fundações, que são indicadas para os mais diversos tipos de obra. A escolha do tipo de fundação que será executada depende de fatores técnicos e econômicos (ALONSO, 1983). A seguir, alguns tipos de fundações em estacas, bem como algumas características de cada uma e seu processo executivo. Brocas - Pequenas cargas (50 a 100 kn); - É recomendada acima do nível da água; - Diâmetro variável entre 0,20m e 0,50m; - Profundidade varia de 6 a 8m. É uma estaca escavada, moldada in loco, onde o processo executivo consiste na escavação manual até a cota de apoio desejada, seguido da limpeza do furo e posterior concretagem. Raiz - Cargas (150 a 1300 kn); - Podem ser utilizadas em áreas restritas e altura reduzida, devido ao tamanho do equipamento utilizado; - Não provocam vibrações; - Indicadas para todos os tipos de terreno, inclusive matacões e rocha; - Diâmetros (0,12m, 0,15m, 0,16m, 0,20m, 0,25m, 0,31m e 0,40m). É uma estaca moldada in loco, escavada com perfuratriz, executadas com equipamento de rotação ou rotopercussão, que retira o solo do terreno através da circulação de água, lama bentonítica ou ar comprimido. A argamassa é injetada no fuste através dos tubos de perfuração, e quando este estiver preenchido, o mesmo é tampado e uma pressão de ar comprimido é aplicada, fazendo com que a argamassa penetre no solo, formando uma espécie de raiz (FIGUERÊDO, 2010). Strauss - Cargas (200 a 800 kn); - Baixo custo; - Não provocam vibrações;

23 6 - Não se recomenda: abaixo do nível da água; - Não se recomenda em solos com SPT > 20 (dificuldade de escavação com o equipamento da estaca Strauss); - Não se recomenda em camada espessa de solo mole, pois pode causar estrangulamento do seu fuste; - Diâmetros (0,25m, 0,32m, 0,38m, 0,45m). É uma estaca moldada in loco, escavada com revestimento metálico recuperável, por meio da desagregação do solo com água e com o auxílio do balde sonda, que retira o solo do terreno. A concretagem é realizada após a cota de apoio ser atingida, com lançamento e posterior apiloamento do concreto. Pré-moldadas de concreto - Cargas (200 a 1500 kn); - Provocam vibrações; - Cravadas em terrenos rijos ou compactos, sem causar o rompimento do seu fuste; - Não se recomenda em terrenos com matacões ou camadas de pedregulhos. É uma estaca cravada por meio de bate estacas de gravidade, cravação dinâmica (FIGUERÊDO, 2010). Metálicas - Cargas (400 a 3000 kn); - Indicadas para todos os tipos de terreno; - Não provocam vibrações; - Custo elevado. É uma estaca cravada à percussão ou, no caso das helicoidais, através de equipamentos com torque e pressão (FIGUERÊDO, 2010). Hélice contínua - Cargas (300 a 5000 kn); - Custo elevado; - É preciso central de concreto próxima ao local da obra, devido a alta produtividade da estaca;

24 7 - Indicada para solos com SPT > 50; - Diâmetros (0,25m, 0,30m, 0,35m, 0,40m, 0,50m, 0,60m, 0,70m, 0,80m, 0,90m e 1,00m); - Não se recomenda em terrenos com matacões e rocha; - Não se recomenda em camada espessa de solo mole, pois pode causar o estrangulamento do seu fuste. É uma estaca escavada moldada in loco, executada por meio de trado contínuo, do tipo hélice que, simultaneamente com a retirada do solo do terreno, a concretagem é realizada por injeção de concreto sob pressão controlada. A armadura é colocada após a concretagem (ALMEIDA NETO, 2002). Madeira - Cargas (150 a 500 kn) - Recomenda-se o seu uso em terrenos saturados e abaixo do nível da água, para evitar o seu apodrecimento; - Provocam vibrações; - Indicadas para obras provisórias, como pontes e obras marítimas; - Diâmetros (0,20m, 0,25m, 0,30m, 0,35m e 0,40m); - Estão em desuso, pois necessitam de licença dos órgãos ambientais. É uma estaca cravada por meio de bate estacas de pequenas dimensões e martelos leves (FIGUERÊDO, 2010). Os diâmetros comerciais para as estacas do tipo Franki, Strauss, escavadas e pré-fabricadas de concreto seção circular maciça, bem como a carga admissível de cada estaca, estão apresentados na tabela

25 8 Tabela Diâmetros comerciais e carga admissível de algumas estacas TIPO DE FUNDAÇÃO DIÂMETROS COMERCIAIS (cm) CARGA ADMISSÍVEL (tf) Franki Strauss Escavadas Pré-fabricada de concreto seção circular maciça - "BENATON" Fonte: Revista Construção Mercado A Revista dos negócios da construção, n 64, Nov PINI 2.2 Capacidade de carga das fundações profundas As estacas funcionam interagindo com o solo na ponta e/ou ao longo do fuste. Essa interação é avaliada calculando-se, respectivamente, as cargas de ponta e por atrito lateral, conforme dito anteriormente. A capacidade de carga de uma fundação profunda tipo estaca pode ser calculada segundo a equação 2.2.1: = + (2.2.1) onde: = capacidade de carga de ruptura

26 9 = capacidade de carga de ponta = capacidade de carga por atrito lateral pode ser definida, genericamente, como o produto da capacidade de carga unitária de ponta,, da camada de solo na cota de apoio da estaca, e da área da sessão transversal da ponta da estaca,, conforme equação 2.2.2: =. (2.2.2) pode ser definida, genericamente, como o produto da tensão de ruptura unitária por atrito lateral,, ao longo do fuste da estaca, e da área lateral da estaca,, conforme equação 2.2.3: =. (2.2.3) Um projeto de fundações é baseado na interação solo-estaca. Nesse tipo de interação, geralmente o elo mais fraco do sistema é o solo. Existem normatizações correspondentes a cada um dos elementos que fazem parte do sistema. A NBR 6118 Projetos de Estruturas de Concreto Procedimento (ABNT, 2003) - faz a verificação da resistência estrutural, já a NBR 6122 (ABNT, 1996) faz a verificação da resistência geotécnica (AOKI e SILVA, 2006). O funcionamento de uma estaca pode ser previsto pelo somatório das suas capacidades de carga por atrito lateral e de ponta, que deverá suportar a carga que levará à ruptura a estaca no solo, que pode ser observado na figura

27 10 Figura Esquema da capacidade de carga de fuste e capacidade de carga de ponta de uma estaca (NIENOV, 2006) Na figura 2.2.1, diz respeito à carga que levará à ruptura a estaca no solo, à sua capacidade de carga por atrito lateral, à sua capacidade de carga de ponta, D ou B refere-se ao seu diâmetro ou lado da estaca, respectivamente, e L ao seu comprimento. Segundo Gonçalves (2008), as fundações profundas por estacas são recomendadas, principalmente, quando se deseja transmitir a carga da superestrutura, atravessando camadas de material de baixa capacidade de carga, até atingir uma camada mais profunda com capacidade de carga adequada. Entende-se por material de baixa capacidade de carga argila mole ou muito mole, areia fofa ou muito fofa. Com relação às argilas moles e muito moles, além de não oferecerem resistência para servirem de cota de apoio a uma fundação, quando atravessadas comportam-se como uma sobrecarga para a estaca, uma vez que esse tipo de solo age em sentido contrário à resistência por atrito lateral. Levando-se em consideração que a resistência do solo, onde será implantada a fundação, é de grande importância para que o mesmo atenda à solicitação

28 11 proveniente da superestrutura, estudos e ensaios devem ser realizados uma vez que um carregamento vertical aplicado em uma estaca será resistido parcialmente pela resistência ao cisalhamento gerada ao longo de seu fuste e, parcialmente, pelas tensões normais geradas em sua ponta (ANDRAOS, 2009). Quando uma estaca isolada é sujeita a um carregamento axial, o sistema solo-estaca reage mobilizando resistência, re-estabelecendo a condição de equilíbrio do sistema (LIMA e GUSMÃO, 2006). Para que a solicitação seja atendida pela fundação, as estacas podem trabalhar de forma isolada ou em grupo, sendo esta última, prevista quando a carga da superestrutura ultrapassa a capacidade de suporte do material que constitui uma estaca isolada, necessitando, portanto, de uma quantidade maior destas para que a carga seja distribuída entre as mesmas. No dimensionamento das estacas, utiliza-se a capacidade de carga admissível que é obtida, dividindo-se a capacidade de carga de ruptura por um fator de segurança (equação 2.2.4). = (2.2.4) onde: = capacidade de carga admissível = capacidade de carga de ruptura FS = fator de segurança A NBR 6122 (ABNT, 1996) define a capacidade de carga admissível sobre um elemento isolado de fundação (EIF) como a força aplicada sobre este, que provoca apenas recalques que podem ser suportados pela construção e que, consequentemente, oferece segurança satisfatória contra a ruptura do solo e do elemento de fundação. De acordo com Lima e Gusmão (2006), esses aspectos devem ser assegurados em um projeto de fundações. Para as obras de fundações faz-se a verificação do estado-limite último ( ), que atende também à verificação do estado-limite de utilização ( ) (AOKI e SILVA, 2006). Partindo desse pressuposto, Aoki e Alonso (1990) afirmam que um projeto de fundações deve atender a três premissas básicas: os materiais que deverão constituir o elemento estrutural de fundação devem ser controlados; o projeto deve

29 12 garantir a integridade do elemento estrutural de fundação, ou seja, o elemento estrutural deve suportar a carga que recebe, não podendo ser danificado por excesso desta, para tanto, a escolha do tipo e do diâmetro do elemento de fundação é decisiva; e, por fim, deve garantir que os recalques sejam compatíveis com a superestrutura ou edificação, analisando as deformações do terreno onde a fundação será apoiada, deformações estas que deverão ser analisadas em toda totalidade do seu bulbo de pressões (apud AOKI e SILVA, 2006). A carga de ruptura é a máxima carga para a qual o solo de fundação rompe. Sendo assim, um projeto de fundações deve ser realizado para atender não só ao elemento estrutural de fundação (EEF), mas também ao solo em que este estará apoiado. Como o desempenho das fundações é difícil de ser previsto, devido à diversificação dos solos, à falta de precisão dos ensaios de campo e à impossibilidade de visualização das fundações após a sua execução (NIYAMA et al, 1998), a norma recomenda o uso de coeficientes de segurança na realização dos projetos de fundação, utilizados no cálculo de capacidade de carga admissível. Esses coeficientes de segurança podem ser reduzidos caso tenha sido realizada uma quantidade adequada de provas de carga (apud SILVA et al, 2008). A NBR 6122 (ABNT, 1996) afirma que, para as estacas escavadas, a capacidade de carga por atrito lateral deve corresponder a 80% (oitenta por cento) ou mais da carga de trabalho a ser adotada, ou seja, carga que chega a cada estaca. Isto se deve aos elevados recalques necessários para a atuação da carga de ponta (quando comparados com os recalques necessários para a atuação do atrito lateral), ou ainda pelas dúvidas sobre a limpeza de fundo do furo. Quando ocorrem dúvidas quanto à capacidade de carga das fundações ou quando se deseja verificar se os parâmetros adotados nos projetos de fundações são os encontrados na prática, ou seja, para comprovar o desempenho real de uma fundação, realiza-se a prova de carga. Este tipo de ensaio é utilizado para se fazer a verificação do conjunto solo-elemento estrutural de fundação e também da capacidade de suporte do solo (SILVA et al, 2008). A NBR Estacas Prova de carga estática (ABNT, 1992) - afirma que a prova de carga em estacas fornece componentes que prevêem o comportamento

30 13 carga-deslocamento e fazem a estimativa da capacidade de carga destes elementos. Existem as provas de carga estáticas e dinâmicas. Segundo a NBR (ABNT, 1992), nas provas de carga estáticas, a estaca é carregada até a sua ruptura ou duas vezes a sua carga de trabalho. É um ensaio direto, onde a estaca utilizada no mesmo não é mais reutilizada. Segundo a NBR (ABNT, 1994), as provas de cargas dinâmicas é um ensaio dinâmico realizado através de golpes de um sistema de percussão com a utilização de dispositivos que fornecem valores de deformabilidade, de aceleração ou de deslocamento da estaca. É um ensaio indireto, onde a estaca utilizada no mesmo é reutilizada na obra. Segundo Silva et al (2008), dentre as provas de carga, as mais importantes para a engenharia de fundações são as provas de carga estáticas, porque são as que melhor representam o carregamento da superestrutura sobre um EIF durante a vida útil da obra. Porém, a realização destas implica em custos adicionais e requer tempo, fatores estes, responsáveis pela substituição da prova de carga estática pela prova de carga dinâmica. A prova de carga dinâmica foi desenvolvida para facilitar a previsão da capacidade de carga de um EIF, não implicando em custos excessivos e, além disto, é realizada de forma rápida (ALVES, VIANA e FONSECA, 2008). Apesar da qualidade reconhecida das provas de carga, ainda é pequeno o percentual de projetos elaborados com base nos resultados prévios de provas de carga (SALES e PACHECO, 2006). A estimativa de capacidade de carga, no dimensionamento de fundações profundas, pode ser realizada através de métodos teóricos, empíricos e semiempíricos. Os métodos teóricos fazem referência às propriedades geotécnicas do solo como: coesão, ângulo de atrito, módulo de deformabilidade. Já os métodos empíricos e semi-empíricos, necessitam de dados de ensaios de campo, como por exemplo, sondagem a percussão SPT e cone de penetração estática CPT (Cone Penetration Test) (LIMA e GUSMÃO, 2006). Dentre esses métodos, os mais utilizados são os semi-empíricos, uma vez que estes englobam, além da base teórica, parâmetros determinados através do empirismo (SILVA, MIGUEL e BELINCANTA, 2006).

31 14 Velloso e Alonso (2000) alertam para o uso cauteloso de tais métodos, pois, como estes foram desenvolvidos a partir de experiências realizadas em solos específicos da região de seus autores, não são de caráter universal (apud AMANN, 2010). A maioria dos projetos de fundações realizados no Brasil faz uso de correlações semi-empíricas, baseadas em ensaios de SPT (SALES e PACHECO, 2006). Milititsky (1986) já afirmava que A Engenharia de Fundações correntes no Brasil pode ser descrita como a Geotecnia do SPT (apud VELLOSO e LOPES, 2002). Segundo Cavalcante (2002), o ensaio SPT é bastante difundido e realizado, e seus dados bastante utilizados. Porém, por se tratar de um ensaio rico em detalhes na sua execução, esse tipo de minúcia pode acabar influenciando nos resultados que o ensaio apresenta, demonstrando, algumas vezes, dados não condizentes com a realidade (apud ÁVILA e CONCIANI, 2006). Segundo Araújo e Wolle (2006), os métodos semi-empíricos, na sua maioria, fazem uso de coeficientes empíricos que ajustam as suas equações aos mais diversos tipos de solo que as estacas atravessam, assim como ao tipo de estaca utilizada como fundação, ou seja, ao seu processo executivo. O processo executivo da estaca é importante, pois altera as condições iniciais do terreno, o ângulo de atrito da interface solo-estaca, a tensão horizontal que age sobre a estaca, a adesão solo-estaca e a dimensão da área de contato (NIENOV, 2006). Os métodos semi-empíricos introduzem essas características em seu desenvolvimento numérico através de parâmetros. k, α e C para os tipos de solo, e F1 e F2 para o processo executivo das estacas (ANEXO A). Os maiores valores de k para as areias são apresentados por Aoki-Velloso (1975), e para as argilas, os maiores valores são apresentados por Laprovitera (1988) e por Monteiro (1997), porém, três destes valores se igualam aos de outros autores. Para os siltes com areia, Aoki-Velloso (1975) fornecem maiores valores, e para os siltes com argila, Laprovitera (1988) fornece maiores valores, comentários estes que podem ser melhor visualizados na figura

32 Areia Areia siltosa Areia silto-argilosa Areia argilo-siltosa Areia argilosa Silte arenoso Silte areno-argiloso Silte Silte argilo-arenoso Silte argiloso Argila arenosa Argila areno-siltosa Argila silto-arenosa Argila siltosa Argila α Areia Areia siltosa Areia silto-argilosa Areia argilo-siltosa Areia argilosa Silte arenoso Silte areno-argiloso Silte Silte argilo-arenoso Silte argiloso Argila arenosa Argila areno-siltosa Argila silto-arenosa Argila siltosa Argila k Aoki-Velloso (1975) Laprovitera (1988) Monteiro (1997) Décourt-Quaresma (1978) 0 Tipo de Solo Figura Parâmetro k para cada tipo de solo: métodos semi-empíricos de Aoki- Velloso (1975), Laprovitera (1988), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978) Para o parâmetro α, os maiores valores para as areias e siltes são apresentados por Monteiro (1997). Para as argilas, quem apresenta os maiores valores é Laprovitera (1988), comentários estes apresentados na figura ,060 0,050 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 Aoki-Velloso (1975) Laprovitera (1988) Monteiro (1997) Tipo de Solo Figura Parâmetro α para cada tipo de solo: métodos semi-empíricos de Aoki- Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Monteiro (1997)

33 Franki Franki de fuste apiloado Franki de fuste vibrado Metálica Pré-moldada de concreto Pré-moldada de concreto cravada à percussão Pré-moldada de concreto cravada por prensagem Escavada Escavada com lama betonítica Raiz Strauss Hélice-contínua F1 16 Em relação aos valores de F1 e F2, referentes ao tipo de estaca, como Monteiro (1997) faz uma descrição detalhada dos diferentes tipos, só foi possível realizar comparação entre os métodos, para a estaca metálica. Para esta, o maior valor para F1 é apresentado por Laprovitera (1988). Em relação aos demais tipos de estaca, analisados por Aoki-Velloso (1975) e Laprovitera (1988), pode-se verificar que os maiores valores para F1 são apresentados por Laprovitera (1988) e Benegas (1993), comentários estes que podem ser observados na figura ,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Aoki-Velloso (1975) Laprovitera (1988) e Benegas (1993) Monteiro (1997) Tipo de Estaca Figura Parâmetro F1 para cada tipo de estaca: métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997) Para as estacas metálicas, o maior valor para F2 é apresentado por Aoki- Velloso (1975) e Monteiro (1997), pois é igual para ambos. Para os demais tipos de estaca, Aoki-Velloso (1975) também apresentam os maiores valores, comentários estes que podem ser verificados na figura

34 Franki Franki de fuste apiloado Franki de fuste vibrado Metálica Pré-moldada de concreto Pré-moldada de concreto cravada à percussão Pré-moldada de concreto cravada por prensagem Escavada Escavada com lama betonítica Raiz Strauss Hélice-contínua F2 17 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Aoki-Velloso (1975) Laprovitera (1988) e Benegas (1993) Monteiro (1997) Tipo de Estaca Figura Parâmetro F2 para cada tipo de estaca: métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997) Além disto, pode-se verificar que para Aoki-Velloso (1975) os valores de F2 são o dobro dos valores de F1. Os demais autores não apresentam uma relação definida, mas variam entre 0,93 e 2,00. Tais valores influenciam diretamente nos resultados dos cálculos da capacidade de carga de ponta e lateral de uma estaca. Quanto maior o valor de k e α, maiores são os valores de capacidade de carga, uma vez que tais parâmetros são diretamente proporcionais a estes. Ao passo que, para F1 e F2 esta relação é inversa. Antes de qualquer tomada de decisão, o projetista verifica os diversos resultados que os diferentes métodos semi-empíricos apresentam (AMANN, 2006). A tabela apresenta o resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros, que podem ser utilizados para o cálculo da capacidade de carga de estacas.

35 Tabela 2.2.1: Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros Método semiempírico Tipo de Estaca Capacidade de Carga por Atrito Lateral Capacidade de Carga de Ponta Observação Franki; Metálica; Aoki-Velloso (1975) Pré-moldada de concreto; = = k. Escavada Décourt-Quaresma (1978) Pré-moldada de concreto; Franki; Escavada; = =.( 3 N 50 Strauss : fator de execução da estaca P. P. C. Velloso (1981) Cravada; Escavada = = : fator de carregamento : fator de dimensão da base 18

36 Tabela 2.2.1: Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros Método semiempírico Tipo de Estaca Capacidade de Carga por Atrito Lateral Capacidade de Carga de Ponta Observação e : coeficientes de proporcionalidade Milititsky e Alves (1985) Escavada; Strauss = = : média dos valores do SPT ao longo do fuste da estaca, exceto o valor imediatamente acima da ponta da estaca : média dos valores do SPT na ponta, acima e abaixo da estaca Franki; Laprovitera (1988) e Benegas (1993) Metálica; Pré-moldada de concreto; = = k. Escavada Alonso (1996) Hélice contínua = = N 40 19

37 Tabela 2.2.1: Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros Método semiempírico Tipo de Estaca Capacidade de Carga por Atrito Lateral Capacidade de Carga de Ponta Observação Décourt et al (1996) Pré-moldada de concreto; Franki; Escavada; Strauss = = 3 N 50 Antunes e Cabral (1996) Hélice contínua = = : Coeficiente para determinação da carga lateral : Coeficiente para determinação da carga de ponta ( ) Teixeira (1996) Pré-moldada de concreto; Metálica; Franki; Escavada a céu aberto; = : valor médio do SPT no intervalo de 4 diâmetros acima da base e 1 diâmetro abaixo da base da estaca : valor médio do SPT ao longo do fuste da estaca Raiz 20

38 Tabela 2.2.1: Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros Método semiempírico Tipo de Estaca Capacidade de Carga por Atrito Lateral Capacidade de Carga de Ponta Observação Franki; Metálica; Pré-moldada de Monteiro (1997) concreto; Escavada; = = k. Raiz; Strauss; Hélice-contínua : atrito lateral, depende do tipo de estaca e do solo Bustamante e Gianeselli (1998) Ômega Carga de Atrito Lateral na Ruptura = Carga de Ruptura na Ponta = : coeficiente adimensional, depende do ensaio de campo executado, e pode ser particularizado em (pressiômetro de Ménard), (CPT), (SPT) : valor da resistência do solo na região da ponta da estaca que pode ser tomado igual ao do pressiômetro de Ménard; ou do CPT; ou ainda igual a N do SPT 21

39 Tabela 2.2.1: Resumo de alguns métodos semi-empíricos brasileiros Método semiempírico Tipo de Estaca Capacidade de Carga por Atrito Lateral Capacidade de Carga de Ponta Observação Kárez e Rocha (2000) Hélice contínua = 4,9 = : 210 (argila), 250 (silte) e 290 (areia) Gotlieb et al (2000) Hélice contínua = ( = U Vorcaro e Velloso (2000) Hélice contínua = = Cabral et al (2000) Ômega = = Cravada pré-moldada; Metálica; Lobo (2006) Hélice contínua; = α.. Escavada : Coeficiente para determinação da carga lateral : Coeficiente para determnação da carga de ponta ( ) : área lateral total do amostrador (interna + externa) : área de ponta do amostrador SPT : variação da energia potencial 22

40 23 Os métodos semi-empíricos foram elaborados para estimar, estatisticamente, a capacidade de carga de ruptura de uma fundação profunda. Para isto, levam em conta a soma das parcelas de capacidade de carga por atrito lateral e da capacidade de carga de ponta, chegando a um valor próximo ao extrapolado por van der Veen que, segundo Cabral (2008), usa uma relação exponencial entre carga e deslocamento na determinação da carga de ruptura interpretada. Logo, tais métodos não devem ser utilizados para fazer estimativas das parcelas de capacidade de carga por atrito lateral ou da capacidade de carga de ponta separadamente, nem para prever, em camadas individuais, a transferência de carga ou o atrito lateral (ARAÚJO e WOLLE, 2006). Para entender um pouco sobre os métodos semi-empíricos, que foram utilizados no trabalho, apresenta-se a seguir uma abordagem resumida sobre cada um, extraída de diversos autores. A escolha de tais métodos se deu pelo fato destes serem aplicáveis a uma maior diversidade de estacas, e dentre elas as estacas escavadas. 2.3 O método Aoki-Velloso (1975) O método semi-empírico, para previsão de capacidade de carga de estacas, de Aoki-Velloso (1975) foi proposto originalmente a partir de correlações entre resultados de provas de carga em estacas e ensaios de CPT. Posteriormente, para que o método pudesse ser aplicado com resultados de ensaio de SPT, buscou-se desenvolver um fator de conversão k, que transforma a resistência da ponta do cone para (LOBO, 2005). O método considera os diversos tipos de solos existentes. Entretanto, essa sofisticação encontra limitações, devido à qualidade dos resultados de sondagem a percussão que, em muitos casos, fica prejudicada pelo baixo nível de qualificação dos operários (ANJOS, 2006). As equações que determinam a capacidade de carga de ponta e lateral de uma estaca, previstas por Aoki-Velloso (1975), estão representadas pelas equações e 2.3.2, respectivamente e, pela equação 2.3.3, a capacidade de carga admissível:

41 24 = (k. ). (2.3.1) =. (2.3.2) (2.3.3) onde, k e α referem-se ao tipo de solo, ao valor de SPT na camada de solo na qual está apoiada a ponta da estaca, ao valor médio de SPT de cada camada ao longo do fuste da estaca, à área da sessão transversal da ponta da estaca, à área do fuste da estaca em contato com cada camada atravessada, F1 e F2, fatores de correção que levam em conta as diferenças de comportamento da estaca e do cone de penetração estática, sendo esses relativos ao processo executivo. Para obtenção de, leva-se em conta os valores de SPT médios de cada camada, ao longo do fuste da estaca. Para obtenção de, leva-se em conta apenas o valor de SPT na cota de apoio da estaca. Para obtenção de, o autor trabalha com a soma de e de. Para obtenção de, o método de Aoki- Velloso (1975) trabalha com a metade do valor de, sendo o fator de segurança global mínimo igual a dois, para capacidade de carga de estacas ou tubulões sem prova de carga, recomendado pela NBR 6122 (ABNT, 1996). 2.4 O método Laprovitera (1988) e Benegas (1993) O método de estimativa da capacidade de carga de estacas de Laprovitera (1988) e Benegas (1993) é uma versão modificada do método de Aoki-Velloso (1975) (NIENOV, 2006). Segundo Emmer (2004), o coeficiente α foi readaptado por Laprovitera (1988), conforme a confiabilidade da sondagem à percussão. Já os valores de k, propostos por Danziger (1982), foram mantidos, porém, Velloso e Lopes (2002) afirmam que tais valores foram também complementados por Laprovitera (1988). Emmer (2004) afirma ainda que os coeficientes F1 e F2 foram alterados por Laprovitera (1988) e Benegas (1993).

42 25 As equações que determinam a capacidade de carga de uma estaca, previstas por Laprovitera (1988) e Benegas (1993), são as mesmas utilizadas por Aoki-Velloso (1975). 2.5 O método Monteiro (1997) Monteiro (1997), com base na sua experiência na empresa Estacas Franki Ltda, utilizou a mesma formulação de Aoki-Velloso (1975), porém propôs novos valores tanto para k e α quanto para F1 e F2. De acordo com Monteiro (1997), o objetivo da sua proposta era de melhorar o desempenho do método original (NIENOV, 2006). Entretanto, o autor não informa o significado de melhorar o desempenho, se seria, por exemplo, obter resultados próximos da realidade. As equações que determinam a capacidade de carga de uma estaca, previstas por Monteiro (1997), são as mesmas utilizadas por Aoki-Velloso (1975). 2.6 O método Décourt-Quaresma (1978) O método semi-empírico para previsão de capacidade de carga de estacas de Décourt-Quaresma (1978) é baseado somente no ensaio de SPT (LOBO, 2005). Este método foi desenvolvido inicialmente para estacas pré-moldadas de concreto cravadas com o uso de bate-estacas. Posteriormente, tal método passou a abranger outros tipos de estacas, com a introdução de dois fatores de ajuste da equação, α e β, que multiplicam, respectivamente, a capacidade de carga de ponta e a capacidade de carga por atrito lateral das estacas (ARAÚJO e WOLLE, 2006). A grande vantagem do método de Décourt-Quaresma (1978), em relação ao método de Aoki-Velloso (1975), é o fato do primeiro apresentar simplicidade na sua utilização e, sobretudo, pelo fato de não apresentar a grande variedade nas classes de solo, o que acaba facilitando, no ensaio SPT, a interpretação da estratigrafia do solo (ANJOS, 2006).

43 26 Segundo Cabral (2008), o método de Décourt-Quaresma (1978) obtém valores bem seguros e próximos do real, segundo comparações realizadas, de valores calculados com resultados de provas de carga. Apesar dessas estimativas serem baseadas apenas em estacas do tipo pré-moldadas, os autores afirmam que as mesmas servem de base também para estacas do tipo Franki, escavadas e Strauss. As equações que determinam a capacidade de carga de ponta e lateral de uma estaca, previstas por Décourt-Quaresma (1978), estão representadas nas equações e 2.6.2, respectivamente, e a que apresenta a capacidade de carga admissível na 2.6.3: = ( ). (2.6.1) = 10.π.D.L (2.6.2) (2.6.3) onde: C refere-se ao tipo de solo, ao valor de SPT médio relativo à cota de apoio da ponta da estaca, SPT imediatamente superior e inferior à cota de apoio, ao valor médio de SPT ao longo do fuste da estaca, à área da seção transversal na ponta da estaca e à área relativa ao fuste da estaca. Os valores 1,3 e 4,0, apresentados na equação 2.6.3, correspondem ao FS da carga por atrito lateral e de ponta, considerados no método. Na determinação de valores de, os valores de menores que três devem ser considerados iguais a três e os valores de maiores que cinquenta devem ser considerados cinquenta. Para obtenção de, o autor também adota a soma de e. E é obtida de duas formas diferentes, onde o menor dos valores obtidos prevalece. A primeira forma de obtenção é equivalente aos demais métodos, já a segunda é obtida utilizando a equação Dos quatro métodos estudados, os métodos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), e Monteiro (1997) fazem uso das mesmas equações de previsão de capacidade de carga, diferindo-se apenas nos valores dos parâmetros k, α, F1 e F2.

44 27 3 METODOLOGIA A busca pelo conhecimento do tema proposto neste trabalho foi o que motivou a realização da revisão bibliográfica, onde se procurou abranger o conteúdo geral de livros, artigos técnico-científicos, dissertações e materiais obtidos através do acesso à internet, relacionados ao tema em questão. Após essa coleta de dados em literatura nacional, fez-se a escolha de uma obra na cidade de Feira de Santana BA, com fundação profunda, para que os métodos semi-empíricos de cálculo de capacidade de carga de fundações profundas fossem aplicados a um caso real. A obra escolhida (obra A) diz respeito a um galpão comercial, situado na Avenida Getúlio Vargas, cuja fundação profunda adotada foi estaca do tipo Strauss. As principais informações levantadas em relação à obra e sua fundação referem-se ao tipo e localização do empreendimento, relatório e furos de sondagem a percussão realizados no terreno, tipo de fundação utilizada, bem como, quantidade, dimensões e cota de apoio da mesma, informações estas sintetizadas na tabela 3.1.

45 28 Tabela Características da obra estudada OBRA A TIPO Galpão comercial LOCALIZAÇÃO Av. Getúlio Vargas CIDADE Feira de Santana - BA QUANTIDADE DE FUROS DE SONDAGEM 2 TIPO DE FUNDAÇÃO Estaca Strauss QUANTIDADE DE ESTACAS 32 DIÂMETRO DAS ESTACAS (m) 0,25 e 0,32 COTA DE APOIO MÉDIA (m) 11,5 O ANEXO B contém as especificações do relatório de sondagem, e o ANEXO C contém o croqui de localização dos furos de sondagem da obra A. Além das informações levantadas para a obra A, conta-se ainda com um acompanhamento fotográfico, no que tange ao processo executivo da estaca Strauss, que pode ser observado da figura 3.1 à 3.9. Inicialmente houve a realização de um pré-furo de 1,0m no terreno, com o pilão do equipamento, que serviu de base para a introdução do primeiro segmento do tubo guia, com posterior verificação do prumo da estaca (Figura 3.1).

46 29 Figura 3.1 Realização de um pré-furo com o pilão do equipamento, para auxiliar na introdução do tubo guia e verificação do prumo da estaca Com o pré-furo aberto, lançou-se água para facilitar a colocação do tubo guia com coroa cortante na extremidade inferior. Esse tubo foi fixado ao tripé por meio de cabo de aço (Figura 3.2). Figura Colocação do tubo guia com coroa cortante na extremidade inferior e lançamento de água no furo

47 30 O balde sonda foi içado pelo tripé e cabo de aço, colocado dentro do tubo guia e retirado sucessivas vezes, simultaneamente com o lançamento de água para facilitar a desagregação do solo e, posteriormente, a descida do tubo. O balde sonda é provido de uma válvula borboleta em sua base, que se abre quando este encontra o solo e o material penetra no mesmo. Com o solo dentro, a válvula automaticamente se fecha devido ao peso do material que se encontra em seu interior (Figura 3.3). Figura Balde sonda ou piteira Todo o material que fica retido no interior do balde sonda é removido através da sua janela lateral e da válvula borboleta. Em seguida, esse balde é recolocado dentro do tubo guia (Figura 3.4). Figura Remoção do material desagregado que fica retido no balde sonda

48 31 Em alguns momentos, o balde sonda foi travado com uma espécie de parafuso colocado entre o tubo e o balde, para evitar que a descida do balde e, com sucessivas batidas deste, facilitar a introdução do tubo guia no terreno (figura 3.5). Figura Travamento do balde sonda para avanço do tubo guia no terreno Estas ações se repetiram sucessivamente, até que a cota de apoio estabelecida em projeto fosse alcançada. Ao final, o balde sonda foi retirado definitivamente de dentro do tubo guia e o concreto foi preparado, para dar início à concretagem da estaca. Tudo foi preparado manualmente dentro do próprio canteiro de obras, sem inspeção (Figura 3.6). Figura Preparação do concreto O concreto foi lançado dentro do furo, contendo ainda o tubo guia, preenchendo-o quase que totalmente (Figura 3.7).

49 32 Figura Lançamento do concreto no furo Logo após, a ferragem de espera foi colocada sem presença de espaçadores e o concreto foi lançado até o nível do terreno (Figura 3.8). Figura Colocação da ferragem de espera Dando prosseguimento, o tubo guia foi retirado do terreno pelo tripé e cabo de aço do equipamento (figura 3.9).

50 33 Figura Retirada do tubo guia do terreno A partir da análise dos perfis de sondagem da obra A, escolheu-se o SP 02 para realizar os cálculos da capacidade de carga, pois o mesmo é mais desfavorável em suas cotas finais, como pode ser notado ao observar os valores de SPT destes perfis de sondagem, no ANEXO D. De acordo com a sondagem a percussão realizada no local da obra A, podese observar na tabela 3.2, o resumo do perfil geotécnico escolhido. Tabela Resumo do perfil de solo da obra estudada PROFUNDIDADE (m) OBRA A SP 02 TIPO DE SOLO 0,00-1,00 Areia siltosa fina e média, fofa 1,00-7,60 Silte arenoso, fofo 7,60-9,10 Argila areno-siltosa, mole a dura 9,10-12,70 Argila arenosa, dura 12,70-15,45 Areia grossa, silto argilosa, medianamente compacta a compacta Em seguida, calculou-se a capacidade de carga das fundações da obra A, aplicando os métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Laprovitera (1988) e Benegas (1993), Monteiro (1997) e Décourt-Quaresma (1978), cuja memória de cálculo está disponível no ANEXO E. O método de Laprovitera (1988) modificou os valores de k e α, propostos por Aoki-Velloso (1975) e, em 1993, Benegas, utilizando o método de Laprovitera (1988), sugeriu valores para F1 e F2.