PROVA DE CARGA ESTÁTICA EM ESTACA HÉLICE CONTÍNUA NO DF: COMPARAÇÃO COM OS MÉTODOS DE PREVISÃO DE CAPACIDADE DE CARGA.

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1 POVA DE CAGA ESTÁTICA EM ESTACA HÉLICE COTÍUA O DF: COMPAAÇÃO COM OS MÉTODOS DE PEVISÃO DE CAPACIDADE DE CAGA. enato Cabral Guimarães 1 ; eusa Maria Bezerra Mota 2 ; Paulo Sérgio Barbosa Abreu 3 ; José Henriue Feitosa Pereira 4 & José Camapum de Carvalho 5. esumo: Este trabalho apresenta uma análise do resultado obtido em prova de arga vertial, realizada em uma estaa hélie ontínua, de diâmetro 35 m e omprimento igual a 8,60 metros, exeutada em solo siltoso araterístio do Distrito Federal. O estudo foi exeutado nas seguintes fases distintas: investigação de ampo (foram realizados ensaios do tipo SPT-T), ensaios laboratoriais (foi feita à araterização do perfil típio da estaa e ensaio de isalhamento direto) e fase experimental de ampo (prova de arga). A arga de ruptura foi omparada a apaidade de arga prevista por métodos teórios e métodos semi-empírios. Abstrat: This paper onentrates on the analysis of a diret loading test, arried out on a ontinum srew pile type with 35 entimeters and 8,60 meters in length. This pile was performed on a silty soil, whih is typial of the Brazilian distrit Federal. The study was divided into three different phases namely: i.) A field investigation program, where SPT- T tests were arried out to haraterize the soil profile; ii.) A laboratory testing program aimed to haraterize the soil profile and to define the shear strength behavior of the material along that soil profile; iii.) The loading test itself, whih was based in standard proedures from the pratie of geotehnial engineering. Palavras-Chave: Estaa Hélie Contínua, Prova de Carga, Capaidade de Carga. ITODUÇÃO Largamente difundida em outros países, a estaa hélie ontínua foi introduzida no Brasil em 1987, utilizando euipamento de peueno porte, aui mesmo produzidos. Somente a partir de 1993 é ue omeçaram a ser importados euipamentos de maior apaidade, permitindo uma maior popularização do produto. O emprego deste tipo de fundação tem resido no Brasil devido à elevada produtividade e adaptabilidade à maioria dos tipos de terrenos, exeto na presença de mataões e rohas. O proesso exeutivo não produz os distúrbios e vibrações típias dos euipamentos a perussão e não ausa desompressão do solo. o Distrito Federal a utilização de estaa hélie ontinua é bastante reente, mas om bastante perspetivas para sua utilização onforme as araterístias apresentadas por Antunes e Cabral [1], no entanto pouos são os estudos realizados. A preoupação é uanto ao omportamento geoténio, ainda desonheido, dessas estaas em solos siltosos araterístios dessa região, portanto este trabalho tem omo objetivo apresentar uma ontribuição a partir de resultado obtido em prova de arga vertial, em estaa hélie ontínua, de diâmetro 35 m e omprimento igual a 8,60m, exeutada no Distrito Federal. A arga de ruptura obtida foi omparada a apaidade de arga prevista por métodos teórios, om base nos ensaios laboratoriais, e métodos empírios utilizando os ensaios de SPT-T. O estudo foi exeutado nas seguintes fases distintas: investigação de ampo (foram realizados ensaios do tipo SPT-T), ensaios de laboratório (foi feita à araterização do perfil típio da estaa e ensaio de isalhamento direto) e fase experimental de ampo (prova de arga). Com base nesta análise uma previsão iniial da apaidade de arga deste tipo de estaa pode ser efetuada para a obra. 1 FUAS Centrais Elétrias S.A; Departamento de Apoio e Controle Ténio; Caixa Postal 457 Centro; CEP: ; Goiânia; GO; Telefone: ; Fax: ; renatog@furnas.om.br. 2 Universidade Federal de oraima; Departamento de Estrutura; Doutoranda da Universidade de Brasília. Telefone: ; Fax: , motanmb@unb.br. 3 Sonda Engenharia Ltda; SIA Quadra 1 860; CEP: ; Brasília; DF; Telefax: ; sonda@sondaengenharia.om.br. 4 Universidade de Brasília; Departamento de Engenharia Civil e Ambiental - Pós-Graduação em Geotenia; Asa orte; CEP: ; Brasília; DF; Telefone: ; Fax: , pereira2@unb.br. 5. Universidade de Brasília; Departamento de Engenharia Civil e Ambiental - Pós-Graduação em Geotenia; Asa orte; CEP: ; Brasília; DF; Telefone: ; Fax: , amapum@unb.br.

2 DESCIÇÃO DO LOCAL E CAACTEÍSTICAS GEOTÉCICAS A estaa ensaiada foi exeutada nas fundações de um edifíio destinado a moradia loalizado na projeção 02 da SQ 311 na idade de Brasília-DF. O solo é típio da região, apresentando uma amada superfiial de solo laterítio vermelho e abaixo um solo residual jovem, proveniente de metarritimitos. A investigação de ampo empregada onstitui-se de sondagens de simples reonheimento om a medida de SPT e do torue (SPT-T), sendo ue para análise da prova-de-arga foi exeutado um furo próximo a estaa ensaiada. Para a realização da prova-de-arga foram exeutadas uatro estaas de reação om diâmetros de 35 m e 9,6 metros de omprimento e a estaa ensaiada de diâmetro 35 m e omprimento igual a 8,6 m onforme apresentado na Figura 1. A armadura das estaas de reação foi onstituída de uma barra de Dywidag (aço de ST 85/105 e φ 32 mm) e na estaa ensaiada a armadura foi onstituída de 6 barras de φ 20 mm e estribos de φ 10mm espaçados de 20 m ue fiava nos primeiros 5,5 metros da estaa. HC 0,45 m 0,45 m 1,5 m 1,5 m 0,5 m 4,0 m SPT-T = Estaa de eação HC = Estaa Hélie Contínua ensaiada Figura1. Loação das Estaas e da sondagem. A Figura 2 apresenta o perfil geoténio da sondagem realizada, sendo ue foi utilizado trado até 2m de profundidade e irulação de água nos avanços seguintes. O nível de água foi enontrado a 1,2 m de profundidade em relação ao topo da estaa, sendo esta loalizada a 2,5 m de profundidade em relação ao nível do terreno natural, uma vez ue a prova de arga foi exeutada no terreno já esavado para implantação do subsolo. Cotas Torue máximo Índie de resistênia a penetração (m) (kgf m) 30 m iniiais 30 m finais > / > 70 35/5-8 > 70 35/7-9 > 70 35/ > 70 35/11-12 > 70 35/10-13 > 70 60/22 25/7 14 > 70 35/5 - Figura 2. Perfil geoténio da sondagem. Classifiação do material Argila pouo siltosa, om pedregulhos, mole, vermelha. Silte pouo argiloso, rijo a duro, variegado.

3 ESAIOS DE LABOATÓIO Para desrever a amada de silte enontrada no laudo de sondagem ue orresponde em grande parte ao solo loal no ual foi assente a estaa, foi retirada uma amostra indeformada, próximo a ela a uma profundidade de 4 m. Com essa amostra foram realizados os ensaios de granulometria, limites de onsistênia e índies físios (Tabela 1), seguindo as reomendações da Assoiação Brasileira de ormas Ténias (ABT). Os parâmetros de resistênia ao isalhamento do solo, foram obtidos através de ensaios de isalhamento direto sobre amostra inundada, na ondição onsolidada drenada. A envoltória de resistênia e os parâmetros de resistênia são apresentados na Figura 3. Tabela 1. esumo dos resultados dos ensaios de granulometria, limites de onsistênia e índies físios. Granulometria Limites Índies Físios Argila Silte Areia w L w P I P γ s γ d w Sr (%) (%) (%) (%) (%) (%) (k/m 3 ) (k/m 3 e ) (%) (%) 5,3 88,4 6, ,34 12,48 43,7 1,27 99,5 (kpa) = 27 kpa φ = σ (kpa) Figura 3. Envoltória e parâmetros de resistênia. POVA DE CAGA A prova de arga foi do tipo lento (prova de arga estátia) realizada segundo os proedimentos reomendados pela Assoiação Brasileira de ormas Ténias (B 12131/91 [2]). A duração de ada estágio foi o orrespondente ao tempo de estabilização das deformações, sendo esta admitida uando a diferença entre as leituras realizadas nos tempos t e t/2 orrespondesse a no máximo 5% do desloamento total oorrido, ou seja, entre o desloamento da estabilização do estágio anterior e o atual, onsiderando-se uma duração mínima de 30 minutos. Adotou-se, iniialmente, para a prova de arga, estágios de arregamento de 77 k até o arregamento de 693 k, após este arregamento foi feito o desarregamento, em 4 estágios de aproximadamente 160 k om duração mínima de 15 minutos, ou até a estabilização das deformações. Depois da realização deste arregamento e desarregamento foi previsto um arregamento até a ruptura, om estágios de 140 k. Após 7 estágios, arga de 980 k, observou-se o omprometimento da estrutura de reação, sendo neessário um novo desarregamento para reforço da estrutura. O segundo desarregamento foi feito em 5 estágios de 190 k. O último arregamento até a ruptura foi feito em 11 estágios de 140 k. A prova de arga foi paralisada na arga de 1440 k, onde fiou araterizada a ruptura, pelo aumento do realue, aproximadamente 11 mm. Durante este estágio houve surgênia d água superfiial na base da estaa e fissuras aparentes na superfíie do solo. A Figura 4 apresenta a urva arga x realue obtida na prova de arga e as previstas pelo método de Van der Veen.

4 ealue (mm) Carga apliada (k) Prova de arga Van der Veen - todo arregamento Van der Veen - 1 arregamento Van der Veen - 2 arregamento Van der Veen - 3 arregamento Figura 4. Curva arga x realue. Verifia-se nos trehos orrespondentes à arga-desarga-rearga das urvas, um omportamento pratiamente plástio, havendo pouo retorno das deformações sofridas pelo solo. Para a verifiação da ruptura foi adotado o método de Van der Veen, baseado em formulação matemátia, utilizando a euação modifiada por Alonso [3]. Foram feitas uatro análises: a primeira onsiderando todos os arregamentos e as demais onsiderando ada ilo de arga, ou seja, 1, 2 e 3 arregamento, obtendo-se a previsão de arga apresentada na Tabela 2. Tabela 2. Previsão da apaidade de arga Método de Van der Veen. 1 2 Análise Todo arregamento 1 arregamento Pu Van der Veen (k) 3 2 arregamento 4 3 arregamento Verifia-se ue o método não garante uma boa extrapolação em todos os asos, sendo ue os ilos influeniam no resultado, devendo ser levado em onta. As Análises ue levam em onta o penúltimo e último ilos (análises 3 e 4) aprestaram bons resultados. Com base nestas análises e nas araterístias observada durante o arregamento de 1440 k, estabeleeu-se a mesma omo sendo a arga de ruptura da estaa ensaiada. Esta análise mostra ue em muitos asos o método de Van der Veen não garante uma boa extrapolação. Vianna & Cintra [4] analisaram a apliação do método de Van der Veen em diversas provas de arga e sugeriram a adoção de um ritério para avaliar a adoção do método. Com base no ritério sugerido e nas análises feitas onluíram ue nas urvas em ue o método não se aplia pode-se deduzir ue a prova de arga deveria ter ontinuado em pelo menos um estágio adiional ou ue essas urvas arga x realue não seguem o modelo proposto por Van der Veen. o aso espeífio desta prova de arga verifiou-se ue a urva arga x realue em alguns asos não segue o modelo proposto por Van der Veen. Apliou-se o ritério sugerido por Vianna & Cintra [4] nas análises desritas na Tabela 2 e verifiou ue o ritério leva a uma boa aproximação, sendo ue no último arregamento a arga de ruptura de 1440 k foi estimada a partir do arregamento de 700 k. Guimarães [5] apliou o ritério sugerido por Vianna & Cintra [4] em ino provas de arga realizadas em estaas esavadas meaniamente assentes na amada porosa de Brasília e verifiou ue o ritério leva a uma boa aproximação. MÉTODOS TEÓICOS E EMPICOS DE PEVISÃO DE CAGA. Utilizando os resultados obtidos nos ensaios de laboratório e ampo foram analisados os métodos de previsão de arga baseados nestes ensaios (métodos teórios e empírios) e omparados om o resultado da prova de arga. A seguir será disutido ada um dos métodos.

5 Métodos teórios. Os métodos teórios foram formulados para solos puramente argilosos ou arenosos, omo os solos estudados apresentam as duas parelas será onsiderado no álulo de ada parela a soma das euações propostas para ada tipo de solo, sendo ue a mesma foi feita om base no exposto por Cintra & Aoki [6] e Déourt [7]. A seguir é desrita a metodologia adotada para ada parela: 1. Parela lateral. Para o álulo da parela lateral, utilizou-se a euação 1, desrita a seguir: fs = α + σ v K tgδ (1) Onde: = oesão - valor obtido no ensaio de isalhamento, foi onsiderado um valor onstante ao longo da estaa; α = oefiiente de adesão solo elemento de fundação - os valores foram retirados de gráfios ue relaionam o oefiiente de adesão om a oesão, sugeridos por Tomlinson (1957) e itado por Cintra & Aoki [6]. σ v = tensão vertial; K = oefiiente de empuxo foram onsiderados valores de oefiientes de empuxo no repouso, determinados por Guimarães [5] para este tipo de solo; δ = ângulo de atrito entre o solo e o elemento estrutural de fundação - valor obtido no ensaio de isalhamento direto, foi onsiderado um valor onstante ao longo da estaa. 2. Parela de ponta. sendo: Para o álulo da parela de ponta foi utilizada a euação 2 desrita, a seguir: = ( S + γ D S ) A (2) p = ( 1) ot gφ' ; p * =, onde S * é o fator de apaidade de arga de vários autores [6]; S, = fatores de forma; S = fator da apaidade de arga ue já onsidera o embutimento da fundação e a forma irular 9; γ = peso espeífio total ou saturado até a CAF; D = CAF; Ap = área de ponta. Utilizando os métodos raionais (teórios) verifiou-se uma grande dispersão nos resultados, a arga de ruptura variou de 593 a 1121 k, pois os oefiientes utilizados para o álulo da parela de ponta apresentam grande variação, além disso verifia-se ue o método subdimensiona a apaidade de arga deste tipo de estaa. O subdimensionamento pode estar ligado as aproximações feitas e aos oefiientes utilizados para o álulo da parela de ponta, pois Guimarães [5] verifiou ue estes métodos apliados à parela lateral apresentam exelentes resultados, inlusive dando boa relação om a variação de sução do terreno. Métodos empírios. 1. Déourt e Quaresma [8]. este método foram utilizados os resultados obtidos nos ensaios SPT e os parâmetros α, β e K, proposto por Déourt [7]. o álulo da apaidade de arga foi onsiderado α = 0,3, β = 1,0 e K=120 k/m 2 para os dois primeiros metros e 200 k/m 2 para as demais profundidades. A Tabela 3 apresenta o resultado obtido para este método e a omparação om o resultado da provas de arga.

6 2. Déourt [7]. este método foram utilizados os resultados obtidos nos ensaios de torue e (Torue/1,2) e os parâmetros α, β e K apresentados anteriormente, sendo o resultado obtido e a omparação om o resultado da prova de arga é apresentado na Tabela Aoki e Velloso [9]. Este método foi feito para utilizar os resultados do CPT, ou uando não se dispuser do CPT utilizar os dados do SPT através de orrelações, omo neste trabalho utiliza-se resultados do SPT foram utilizados os oefiientes sugeridos por Aoki e Velloso [9]. o álulo da apaidade de arga foi onsiderado F 1 = 1,7, F 2 = 3,4, onforme reomendação de odrigues et al. [10] e K=220 k/m 2 e α = 4 % para os dois primeiros metros e K =230 k/m 2 e α = 3,4 % para as demais profundidades. 4. Alonso [11]. Este método utiliza os resultados obtidos nos ensaios SPT-T, sendo ue no álulo da apaidade de arga foi onsiderado α = 0,65 e β= 150 kpa/ kgf m. Os oefiientes adotados foram os propostos por Alonso [11] para a baia sedimentar teriária da idade de São Paulo, no entanto Alonso [12] reavalia o método proposto para São Paulo para outras duas regiões (solos das idades de Curitiba-P e Serra-ES) e onlui ue o método deve ser apliado apenas aos solos da região onde foi estabeleido. este trabalho utilizou-se o método para avaliar se a extrapolação do método para a região de Brasília apresenta grande dispersão sendo ue os resultados obtidos e a omparação om os resultados das provas de arga são apresentados na Tabela Peixoto [13]. Este método utiliza os resultados obtidos nos ensaios SPT-T para o alulo da parela lateral e o método de Déourt e Quaresma [8] para o álulo da parela de ponta. Para o álulo da parela lateral foi onsiderado s = 2 e F = 0,3. A Tabela 3 apresenta o resultado obtido e a omparação om o resultado da prova de arga. Apresentação e análise dos resultados obtidos nos métodos empírios. A Tabela 3 apresenta um resumo dos resultados obtidos nos métodos apresentados anteriormente e a omparação destes resultados om o obtido na prova de arga. Tabela 3. Previsão da arga de ruptura pelos métodos empírios e obtido na prova de arga Método Qp (k) Ql (k) Qr (k) Prova de arga (k) Déourt e Quaresma [7] Déourt [6] Aoki e Velloso [8] Alonso [9] Peixoto [11] Observa-se omparando os dados dos métodos empírios om a arga de ruptura obtida na prova de arga ue os métodos ue utilizam o SPT apresentam resultados muito próximos dos obtidos nas provas de arga e ue os métodos ue utilizam o SPT-T apresentam um superdimensionamento. De forma geral Guimarães [5] observou, analisando provas de arga realizadas em estaas esavadas, ue os métodos ue utilizam o torue apresentam maior variação ue os métodos ue utilizam o SPT, e ue este fato está ligado ao oefiiente de variação apresentado pelo torue, ue é maior ue o do SPT. Uma outra expliação para a maior variação dos métodos ue utilizam o torue, é ue os mesmos não estão adaptados para os solos do DF. Seria ainda neessário mais estudos na tentativa de viabilizar sua utilização no DF. Guimarães [5] verifiou ue o método de Peixoto [13] na média forneeu exelentes resultados para estaas esavadas apresentando também baixo oefiiente de variação (15%). Estes bons resultados podem ser expliados pelo oefiiente F, ou seja, é feito uma análise da relação entre o torue e o SPT. COCLUSÕES O método Van der Veen em muitos asos não garante uma boa extrapolação, devendo, portanto ser utilizado om autela, omo já foi exposto por diversos autores. Quando se utiliza a parela de ponta no álulo da apaidade de arga utilizando os métodos raionais, observase uma grande variação dos resultados, sendo ue a parela lateral também não apresenta boa orrelação uando omparado aos métodos empírios, indiando ue os mesmo não apresentam boa apliação para este tipo de estaa. Observa-se ue as argas aluladas utilizando os dados do SPT, de uma maneira geral, são inferiores a arga estimada (obtida na prova de arga), e ue as argas aluladas utilizando os dados de torue medidos são superiores. Velloso [14] analisou diversas provas de arga realizadas em estaas hélie ontínua e hegou a mesma onlusão.

7 Guimarães [5] utilizou estes métodos para análise de estaas esavadas e verifiou ue normalmente os métodos baseados no torue apresentam valores de previsão de apaidade de arga superior aos métodos baseados no SPT. Devido a magnitude dos resultados enontrados e a esassez do número de dados para análises mais onlusivas, sugere-se a exeução de novos ensaios para eventual reavaliação desses métodos para as estaas hélie ontínua empregadas na região. EFEÊCIAS BIBLIOGÁFICAS [1] ATUES, W.. & CABAL, D.A. Capaidade de arga de estaas hélie ontínua. III Seminário de Engenharia de Fundações Espeiais e Geotenia - SEFE III, São Paulo - SP, 2: (1996). [2] B Estaas - Prova de arga: ABT - Assoiação Brasileira de ormas Ténias, io de Janeiro - J, 12p. (1991). [3] ALOSO, U.. Previsão e Controle das Fundações. Editora Edgard Blüher Ltda, São Paulo, SP, 142 p. (1991). [4] VIAA, A.P.F. & CITA, J.C.A. Apliabilidade do método de Van der Veen para extrapolação de urvas arga x realue. IV Seminário de Engenharia de Fundações Espeiais e Geotenia - SEFE IV, Abef/ABMS, São Paulo - SP, 1: (2000). [5] GUIMAÃES,.C. Análise das Propriedades e Comportamento de um Perfil de Solo Laterítio Apliada ao Estudo do Desempenho de Estaas Esavadas. Dissertação de Mestrado, Programa de Pós-Graduação em Geotenia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Universidade de Brasília, Brasília, DF, 183 p. (2002). [6] CITA, J.C.A. & AOKI,. Carga Admissível em Fundações Profundas. EESC-USP, São Carlos, SP, 61 p. (1999). [7] DÉCOUT, L. Análise e projetos de fundações profundas - Estaas, Fundações Teoria e Prátia. Hahih, W., Faloni, F.F., Saes, J.L., Frota,.G.Q., Carvalho, C.S & iyama, S. (eds.) Pini, São Paulo, SP. pp (1996). [8] DÉCOUT, L. & QUAESMA FILHO, A.. Capaidade de arga de estaas a partir de valores de SPT. VI Congresso Brasileiro de Meânia dos Solos e Engenharia de Fundações, ABMS, l: (1978). [9] AOKI,. & VELLOSO, D.A. An approximate method to estimate the bearing apaity of piles. V Panamerian Conferene on Soil Mehanis and Foudation Engineering, Buenos Aires, Argentina, 1: (1975). [10] ODIGUES, A. A., CAVALHO, J.C, COTOPASSI,.S, SILVA, C.M. Avaliação da Adaptabilidade de Métodos de Previsão de Capaidade de Carga a Diferentes Tipos de Estaas. XI Congresso Brasileiro de Meânia dos Solos e Engenharia Geoténia XI COBAMSEG, Brasília DF, 3: (1998). [11] ALOSO, U.. Estaas hélie ontínua om monitoração eletrônia previsão da apaidade de arga através do ensaio SPTT. 3 o Seminário de Engenharia de Fundações Espeiais - SEFE III, São Paulo, SP, 2: (1996). [12] ALOSO, U.. eavaliação do método de apaidade de arga de estaas hélie ontínua proposto por Alonso em 96 para duas regiões geoténias distintas. 4 o Seminário de Engenharia de Fundações Espeiais e Geotenia - SEFE IV, São Paulo, SP, 2: (2000). [13] PEIXOTO, A.S.P. Estudo do Ensaio SPT-T e sua Apliação na Prátia de Engenharia de Fundações, Tese de Doutorado, Fauldade de Engenharia Agríola FEAGI, Universidade Estadual de Campinas - UICAMP, Campinas, SP, 468 p. (2001). [14] VELLOSO, D.A. Conferênia: Fundações Comportamento, instrumentação, projeto, exeução, patologia e reforço, apliação em programas habitaionais. 4 o Seminário de Engenharia de Fundações Espeiais e Geotenia - SEFE IV, São Paulo, SP, 2: 1-9. (2000).