UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA ALEXANDRE IVAN MAIA GABRIEL ANDRETT FUNDAÇÕES PROFUNDAS: ESTUDO COMPARATIVO ENTRE MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS

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1 UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA ALEXANDRE IVAN MAIA GABRIEL ANDRETT FUNDAÇÕES PROFUNDAS: ESTUDO COMPARATIVO ENTRE MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS Palhoça 2017

2 ALEXANDRE IVAN MAIA GABRIEL ANDRETT FUNDAÇÕES PROFUNDAS: ESTUDO COMPARATIVO ENTRE MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade do Sul de Santa Catarina como requisito parcial à obtenção do título de Engenheiro. Orientador: Ms. Cesar Schmidt Godoi Palhoça 2017

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5 Dedicamos este Trabalho aos nossos familiares que nos incentivaram a chegar ao fim do tão sonhado Curso de Engenharia Civil. À Família do Gabriel: Sua mãe, Valdete Aparecida Andrett e Ari e Anair Andrett, seus avós. À Família do Alexandre: Sua mãe, Jussara Padilha Maia e seu pai, José dos Passos Maia.

6 AGRADECIMENTOS Agradecemos ao nosso Orientador e Professor Cesar Schmidt Godoi por todo o apoio prestado no decorrer da elaboração desta pesquisa. Nosso muito obrigado aos professores desta Instituição que colaboraram para o acúmulo de conhecimentos adquiridos no decorrer dos semestres cursados. A nossa gratidão a todos os nossos amigos, em especial, Adriel Zenom Ramlow, Dener Carlos Silva e Matheus Antônio Fabrício, que nos acompanharam durante o curso.

7 O futuro pertence àqueles que acreditam na beleza de seus sonhos. (ELEANOR ROOSEVELT)

8 RESUMO Uma fundação profunda tem o objetivo de transferir as cargas provenientes da superestrutura para o solo, sendo assim, é importante considerar sempre a interação da fundação com o solo para realizar a estimativa da capacidade de carga que a estrutura pode suportar. O trabalho tem por objetivo analisar as estimativas de resistência de carga calculadas pelos métodos semi-empíricos de Aoki Velloso, Décourt Quaresma e Cabral Antunes. Para atingir tal objetivo serão analisadas estacas com seção transversal de 250 mm e 310 mm, utilizadas como fundação de uma correia transportadora de carvão em uma Usina Termoelétrica, localizada em Candiota/RS. Neste trabalho serão apresentadas as capacidades de carga calculadas pelos métodos semi-empíricos, que utilizam resultados de sondagens do solo. Feito isso, esses valores serão comparados com o ensaio de prova de carga à tração. Palavras-chave: Fundação. Capacidade de Carga. Métodos Semi-Empíricos. Prova de Carga à Tração.

9 ABSTRACT A deep foundation has the objective of transferring the loads from the superstructure to the ground, so it is important to always consider the interaction of the foundation with the soil to perform an estimation of the load capacity that the structure can support. The objective of this work is to analyze the load resistance estimates calculated by the semi-empirical methods of Aoki Velloso, Décourt Quaresma and Cabral Antunes. To achieve this objective, cuttings with a cross section of 250 mm and 310 mm will be analyzed, used as foundation for a coal conveyor belt in a Thermoelectric Plant located in Candiota / RS. In this work are presented load capacities calculated by the semiempirical methods, which use results of soil surveys. This will be compared to the tensile load test. Keywords: Foundation. Load Capacity. Semi-Empirical Methods. Tensile Load.

10 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 2-1 Representação de Sapata Isolada Figura 2-2 Representação de Sapata Corrida Figura 2-3 Representação de Sapata Associada Figura 2-4 Representação de Sapata de Divisa Figura 2-5 Representação de Bloco Figura 2-6 Representação de Radier Figura 2-7 Representação de Estaca Escavada Figura 2-8 Representação de Estaca Strauss Figura 2-9 Representação de estaca de lama Figura 2-10 Representação de Estaca Hélice Contínua Figura 2-11 Representação de estaca Tipo Franki Figura 2-12 Representação de Estaca Raiz Figura 2-13 Exemplo de estaca Jet-Grouting Figura 2-14 Exemplo de Estaca Prancha Figura 2-15 Representação de Tubulão Figura 2-16 Representação de Ensaio de Prova de Carga à tração Figura 4-1 Obras da Pampa Sul Figura 4-2 Projeto da Correia Transportadora Figura 4-3 Locação dos pontos de sondagem Figura 4-4 Locação dos pontos de sondagem... 43

11 LISTA DE GRÁFICO Gráfico 2.1 Curva Carga x Deslocamento... 39

12 LISTA DE TABELAS Tabela 2-1 Coeficiente K e α em razão do tipo de solo Tabela 2-2 Fatores de correção F1 e F2 atualizados Tabela 2-3 Coeficiente característico do solo K Tabela 2-4 Valores do fator em função do tipo de estaca e do tipo de solo Tabela 2-5 Valores do fator em função do tipo de estaca e do tipo de solo Tabela 2-6 Parâmetros 1 e Tabela 4-1 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM Tabela 4-2 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM Tabela 4-3 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM Tabela 4-4 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM Tabela 4-5 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM Tabela 4-6 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM Tabela 4-7 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM Tabela 4-8 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM Tabela 4-9 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM Tabela 4-10 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 - SM Tabela 4-11 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM Tabela 4-12 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM Tabela 4-13 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM Tabela 4-14 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM Tabela 4-15 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM Tabela 4-16 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 - SM Tabela 4-17 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM Tabela 4-18 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM Tabela 4-19 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 - SM1 (Mínimo) Tabela 4-20 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM2 (Mínimo) Tabela 4-21 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM11 (Mínimo) Tabela 4-22 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 - SM1 (Mínimo) Tabela 4-23 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM2 (Mínimo) Tabela 4-24 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM11 (Mínimo) Tabela 4-25 Resumo dos resultados de todos os métodos... 62

13 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS Objetivo geral Objetivos específicos JUSTIFICATIVA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA TIPOS DE FUNDAÇÕES Fundações superficiais Fundação profunda MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS PARA DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS Método Aoki Velloso (1975) Método Décourt Quaresma (1978) Método Cabral Antunes (1996) ENSAIO DE PROVA DE CARGA À TRAÇÃO RESISTÊNCIA À TRAÇÃO METODOLOGIA DESENVOLVIMENTO CÁLCULO DOS MÉTODOS Aoki Velloso Décourt Quaresma Cabral Antunes Comparação CONCLUSÃO REFERÊNCIAS ANEXOS ANEXO 1 ENSAIO DE PROVA DE CARGA ESTÁTICA À TRAÇÃO ESTACA P2-6/E ANEXO 2 ENSAIO DE PROVA DE CARGA ESTÁTICA À TRAÇÃO ESTACA EIXO A2/EB ANEXO 3 SONDAGEM SM ANEXO 4 SONDAGEM SM

14 ANEXO 5 SONDAGEM SM ANEXO 6 AOKI VELLOSO - PCE 01 - SM ANEXO 7 DÉCOURT QUARESMA - PCE 01 - SM ANEXO 8 CABRAL ANTUNES (MÍNIMO) - PCE 01 - SM ANEXO 9 CABRAL ANTUNES (MÉDIO) - PCE 01 - SM ANEXO 10 CABRAL ANTUNES (MÁXIMO) - PCE 01 - SM ANEXO 11 AOKI VELLOSO - PCE 01 SM ANEXO 12 DÉCOURT QUARESMA - PCE 01 SM ANEXO 13 CABRAL ANTUNES (MÍNIMO) - PCE 01 SM ANEXO 14 CABRAL ANTUNES (MÉDIO) - PCE 01 SM ANEXO 15 CABRAL ANTUNES (MÁXIMO) - PCE 01 SM ANEXO 16 AOKI VELLOSO - PCE 02 SM ANEXO 17 DÉCOURT QUARESMA - PCE 02 SM ANEXO 18 CABRAL ANTUNES (MÍNIMO) - PCE 02 SM ANEXO 19 CABRAL ANTUNES (MÉDIO) - PCE 02 SM ANEXO 20 CABRAL ANTUNES (MÁXIMO) - PCE 02 SM

15 12 LISTA DE SÍMBOLOS, NOMENCLATURAS E ABREVIAÇÕES A L Ap cm cm² CPT CS D f S F 1 F 2 K Kg kgf Km KN kpa m Área superfície lateral da estaca Área de seção transversal da ponta Centímetros Centímetros quadrados Ensaio de Penetração de Cone Coeficiente de segurança Diâmetro Atrito lateral unitário na luva Fator de correção Fator de correção Coeficiente que depende do tipo do solo Kilograma Kilograma-força Quilômetro Quilonewton Quilopascal Metros m² Metros quadrados m³ Metros cúbicos NBR Norma Brasileira NL Índice de resistência à penetração média no segmento do solo ΔL Np Índice de resistência à penetração na cota de apoio da ponta da estaca NSPT Número de golpes de penetração no ensaio SPT q c R R L r L r p R p SPT tf U Resistência de ponta de cone Capacidade de carga Resistência lateral Tensão resistente por atrito lateral Tensão resistente de ponta Resistência de ponta Standard Penetration Test Tonelada-força Perímetro do fuste

16 13 α β β1 ΔL Coeficiente em função do solo ou em função da estaca e solo Coeficiente em função da estaca e solo Coeficiente de atrito lateral que depende do tipo de solo Segmentos da estaca Somatório

17 14 1 INTRODUÇÃO Na execução de uma edificação ou de uma obra civil, a fundação é um elemento de suma importância, pois é ela que irá suportar todos os carregamentos impostos pela superestrutura. Comumente, a fundação fica totalmente enterrada no solo e tem a função de apoiar a edificação, bem como de transmitir as cargas da superestrutura ao terreno. Assim, para a escolha do tipo de fundação, diversos parâmetros são necessários, quais sejam: Avaliação da topografia: o Para saber se cortes ou aterros serão feitos. Avaliação das características do solo: o Analisar a característica do solo, classificando-o em: resistente, rochoso, mole. Avaliação do nível do lençol freático: o Pesquisar qual a profundidade da água que corre sob esse terreno. Avaliação do tipo de carregamento imposto: o Levar em consideração, o tipo de construção que será feita, se será edificação de grande ou pequeno porte. Além disso, deverá ser realizada uma pesquisa na vizinhança para saber qual o tipo de fundação implantar, e qual comportamento irá apresentar ao longo do tempo, uma vez que isso ajuda o profissional a ter dados mais completos. Quando os maciços de solos (fundações, taludes, aterros, entre outros) são submetidos a uma ação ou solicitação precisam ter seu comportamento traduzido ou estimado pelos modelos de cálculo, quais sejam, os métodos semi-empíricos, como: Aoki Velloso, Décourt Quaresma e Cabral Antunes. Neste trabalho de conclusão de curso foi realizado um estudo comparativo entre os métodos semi-empíricos junto com a prova de carga estática à tração, utilizando resultados de previsões de resistência por fórmulas que envolvam dados como o tipo de solo, tipo das estacas e suas dimensões. Como meta, deseja-se analisar os três métodos já referenciados, além de compará-los com o ensaio estático.

18 OBJETIVOS Objetivo geral O objetivo geral deste trabalho é analisar e comparar os métodos semiempíricos para o dimensionamento de uma fundação profunda Objetivos específicos Os objetivos específicos deste trabalho são: - Avaliação dos parâmetros técnicos de uma fundação profunda; - Elaboração dos cálculos por meio de métodos semi-empíricos e, - Comparação dos resultados dos métodos com a prova de carga à tração. 1.2 JUSTIFICATIVA A justificativa desta pesquisa fundamenta-se na necessidade de estudos que apresentem metodologias de dimensionamento para projetos de fundação por estacas. Para a elaboração de um projeto de fundação é fundamental o reconhecimento do terreno onde a obra será implantada, além das cargas atuantes. Os projetos de fundação são baseados em investigações geológicogeotécnicas.

19 16 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Neste item será abordado todo o conhecimento na área de fundações adquirido durante o curso de engenharia civil a qual será usado no desenvolvimento deste trabalho, incluindo referências de outros autores e obras. A revisão é constituída pelos tipos de fundação, bem como pelos métodos semi-empíricos e outros aspectos técnicos relacionados aos objetivos deste trabalho. 2.1 TIPOS DE FUNDAÇÕES Fundações são elementos que têm por finalidade transmitir as cargas de uma edificação para as camadas resistentes do solo, sem provocar ruptura do terreno de fundação. As fundações podem ser divididas em 2 grandes grupos: Fundações superficiais (ou rasas ou diretas) e fundações profundas (indiretas) Fundações superficiais Conforme a NBR 6122/2010, as fundações superficiais são elementos de fundação em que a carga é transmitida ao terreno, predominantemente pelas tensões distribuídas sob a base da fundação, e a profundidade de assentamento em relação ao terreno adjacente à fundação é inferior a duas vezes a menor dimensão da fundação. Incluem-se neste tipo de fundação as sapatas, os blocos, os radier, as sapatas associadas, as vigas de fundação e as sapatas corridas Sapata A sapata é definida como sendo: Elemento de fundação superficial, de concreto armado, dimensionado de modo que as tensões de tração nele resultantes sejam resistidas pelo emprego de armadura especialmente disposta para esse fim. (NBR 6122/2010).

20 17 Toda fundação superficial é projetada em função da tensão admissível do solo, determinado por meio de investigação geotécnica Sapatas isoladas As sapatas isoladas recebem as cargas de apenas um pilar. Tem menor altura que o bloco de fundação (ver item ) e resistem principalmente por flexão. É a solução preferencial por ser, em geral, a que exige menor volume de concreto. As sapatas podem ter vários formatos, porém o mais comum é o quadrado ou retangular, como mostra a Figura 2.1, pois consome menos concreto e exige trabalho mais simples com a fôrma. No caso de pilares de formato não retangular, a sapata deve ter seu centro de gravidade coincidindo com o centro de cargas. Figura 2-1 Representação de Sapata Isolada Fundações Fonte: Natasha Arraes Infraestrutura

21 Sapatas corridas Sapata sujeita à ação de uma carga distribuída linearmente ou de pilares ao longo de um mesmo alinhamento. A seguir verifica-se a ilustração de uma sapata corrida: Figura 2-2 Representação de Sapata Corrida FUNDAÇÕES Fonte: Engenharia Civil Virtual Blogspot Sapatas associadas É a sapata comum a mais de um pilar. Quando ocorrem pilares muito próximos e as sapatas isoladas se sobrepõem. Além disso, podem ser necessárias quando as cargas estruturais forem grandes. Exemplo de uma sapata associada, na Figura 2.3. Como nas sapatas isoladas, o posicionamento da peça de fundação deve respeitar o centro de cargas dos pilares.

22 19 Figura 2-3 Representação de Sapata Associada Fundações Fonte: Likedin Sapatas de divisa ou alavancadas Caso o projeto apresente uma sapata em divisa de terreno, ou com algum obstáculo, o elemento estrutural não consegue ter o centro de gravidade e o centro de cargas coincidentes. Exemplo de uma sapata de divisa está representado na Figura 2.4. Para compensar a excentricidade das cargas, é necessário transferir parte dos esforços para uma sapata próxima, por meio de uma viga alavancada ou de equilíbrio.

23 20 Figura 2-4 Representação de Sapata de Divisa Sapatas Fonte: Blod Construir Bloco O bloco é um elemento de fundação de concreto simples, dimensionado de maneira que as tensões de tração nele produzidas possam ser resistidas pelo concreto, sem a necessidade de armadura. Na figura 2.5 está apresentada uma representação típica de bloco. São usados em solos de alta resistência, com o custo mais baixo em relação aos demais tipos de fundação, sua execução é mais prática. Possuem uma altura relativamente grande, para que trabalhem essencialmente pela compressão. Normalmente na forma de um bloco escalonado ou de um pedestal. A altura H de um bloco é calculada de forma que as tensões de tração atuantes no concreto possam ser absorvidas pelo mesmo, sem a necessidade de armadura estrutural.

24 21 Figura 2-5 Representação de Bloco Radier Blocos e Alicerces Fonte: Casa e Imóveis Decoração Blogspot O Radier conforme a NBR 6122/2010 é uma laje de concreto executada para suportar as cargas de todos os pilares e distribuindo os carregamentos. Seu custo é baixo e apresenta rapidez na execução. Deve resistir aos esforços diferenciados de cada pilar, além de suportar eventuais pressões do lençol freático. O consumo de concreto pode ser diminuído com o emprego de protensão. Figura 2-6 Representação de Radier TIPO DE FUNDAÇÃO Fonte: BRZ Experts

25 Fundação profunda A NBR 6122/2010 descreve a Fundação Profunda como elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base (resistência de ponta), ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas, devendo sua ponta ou base estar assente em profundidade superior ao dobro de sua menor dimensão em planta, e no mínimo, 3 m, salvo justificativa. Neste tipo de fundação, incluem-se as estacas e os tubulões Estacas As estacas são elementos esbeltos para fundação profunda, executadas por equipamentos e ferramentas, podem ser cravadas ou perfuradas, são caracterizadas por grandes comprimentos e seções transversais pequenas. As estacas podem ser de madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in situ ou mistos Estaca pré-moldada de concreto Conforme a NBR 6122/2010, essas estacas podem ser de concreto armado ou protendido, vibrado ou centrifugado, com qualquer forma geométrica da seção transversal. Quanto ao procedimento, a mesma Norma explica que, a cravação de estacas pode ser feita por percussão, prensagem ou vibração. Assim, com a finalidade de atingir a profundidade desejada, sem danificar a estaca, são utilizados martelos mais pesados e com menor altura de queda, sendo dessa forma mais eficiente do que o uso de martelos leves e com grande altura de queda. A folga do martelo e do capacete não deve ser superior a 3,0 cm em relação às guias do equipamento. O formato do capacete deve ser adequado à seção da estaca e ser periodicamente verificadas e corrigidas eventuais irregularidades Estaca escavada Executadas com máquinas de escavação que podem ser elétricas ou hidráulicas a diesel, utilizadas em obras que não apresentam o lençol freático antes do solo resistente. Pode ser utilizada como tubulões a céu aberto (estaca Strauss,

26 23 estaca de lama e estaca hélice contínua). Ilustração de estaca escavada na Figura 2.7. Figura 2-7 Representação de Estaca Escavada Estaca Strauss Estacas Escavadas Fonte: Serki Executadas por escavação mecânica. De acordo com a Norma 6122/2010, é um equipamento simples, constituído por um tripé, tubos, soquete (300kg/m3), piteira e guincho com motor, e de fácil transporte. A figura 2.8 ilustra a execução da estaca Strauss. A perfuração é feita através da queda livre da piteira com a utilização de água. O furo geralmente é revestido. Durante a concretagem, o apiloamento do concreto e a retirada cuidadosa do revestimento devem ser observados, a fim de se evitar interrupção do fuste.

27 24 Figura 2-8 Representação de Estaca Strauss Estacas de concreto moldada in loco Fonte: O Pórtico Blogspot Estaca de lama Podem ser circulares (estação), ou alongadas (barrete ou paredes diafragmas), e são executadas com equipamentos de grande porte. Um exemplo de estaca de lama consta na figura 2.9. O uso da lama permite a estabilidade da escavação abaixo do nível da água, podendo atingir grandes profundidades da ordem de até 80m. A escavação é preenchida pela lama simultaneamente à retirada do solo escavado. Ao término da escavação, insere-se armadura e começa-se a concretagem. À medida que o concreto sobe, a lama é bombeada para os silos de armazenamento. Figura 2-9 Representação de estaca de lama. Estacas de Lama Fonte: Solonet

28 Estaca hélice contínua Perfuração do terreno através de uma haste rotativa até a profundidade indicada em projeto, como mostra a figura Uma vez atingida a profundidade de projeto, o concreto é bombeado por dentro do trado, a partir da cota de ponta da estaca. O trado é cuidadosamente sacado simultaneamente ao bombeamento de concreto. A armadura é colocada na estaca por gravidade ou com o auxílio de um pilão de pequena carga, que aumentará o peso da gaiola, facilitando a penetração dessa gaiola na estaca concretada. Suas as principais vantagens são: produção elevada, não produz vibração e pode ser executada abaixo do nível da água. Figura 2-10 Representação de Estaca Hélice Contínua Etapas de Execução Fonte: Fundações Hélice Continua Estaca Tipo Franki A estaca do tipo Franki é moldada "in loco", com base alargada. É obtida pela introdução de material granular ou concreto através de golpes de um pilão. Deve-se levar em conta condições de vizinhança e peculiaridades do local. As profundidades podem atingir até 30m. A execução, como mostra a figura 2.11, consiste na cravação de um tubo de aço, cuja ponta é fechada por uma bucha de pedra e areia sobre a qual bate um pilão de queda livre que arrasta o tubo por atrito. A verificação do comprimento, que foi determinado em projeto, é feita através da nega, que é

29 26 tirada com 10 golpes de pilão a uma altura de 1 m de queda e 1 golpe a 5 m de altura de queda, o tubo é levantado ligeiramente e a bucha é expulsa pelos golpes do pilão. Introduz-se concreto seco sob golpes para a formação da base alargada. Procede-se à concretagem, apiloando-se o concreto em pequenas quantidades, com retirada simultânea do tubo. Figura 2-11 Representação de estaca Tipo Franki Estacas de concreto moldada in loco Fonte: O Pórtico Blogspot Estaca Injetada É injetado sob pressão calda de cimento, de forma a aumentar a resistência lateral e de ponta. Não vibram, e devido ao pequeno porte de seus equipamentos, são bastante utilizadas em obras de reforço de fundações. Divide-se em: Estaca Injetada de Pequeno Diâmetro Diâmetro até 20cm, escavadas com perfuratriz e injetadas. São executados com equipamento de rotação com uso ou não de lama bentonítica e revestimento total ou parcial do furo. Após a escavação até a cota de projeto, e limpeza do furo, introduzir a armadura com o tubo manchetado para injeção. Remover o revestimento e iniciar a injeção.

30 27 Estaca Raiz São estacas escavadas com perfuratriz e injetadas. De acordo com a Geofix ([200-?]) as estaca são executadas com equipamento de rotação ou rotopercussão com circulação de água, lama bentonítica ou ar comprimido. Podem atravessar terrenos de qualquer natureza, como matacões, rochas, concreto, entre outros. Ilustração da estaca raiz na figura a seguir. Concluída a perfuração com revestimento total do furo, introduz-se a armadura, caso utilizado a lama bentonítica, é feito uma lavagem com agua para retirar totalmente a lama bentonítica. Através de um tubo interno, é injetada a argamassa de areia e cimento de baixo para cima, retirando-se a agua para fora do furo. Figura 2-12 Representação de Estaca Raiz Estacas Raiz Fonte: Geofund Jet-Grouting Jet-grouting ou colunas de solo-cimento são normalmente utilizadas para obras de grande porte, como consolidação de terrenos para escavação de túneis, escavação de poços profundos, diafragmas para barragens. Exemplo de Jetgrouting na figura A coluna de jet-grouting é executada através da perfuração de uma haste até a profundidade de projeto. Inicia-se então a injeção de nata de cimento com bombas de altíssima pressão através de bicos injetores da haste com uma velocidade prefixada de subida e rotação.

31 28 Figura 2-13 Exemplo de estaca Jet-Grouting Estaca mista Jet Grouting Fonte: Engenharia Civil Virtual Blogspot Combinação de dois ou mais materiais diferentes (madeira, aço, concreto armado, pré-moldado, entre outros.) conforme a Norma 6122/2010, além disso, os materiais devem garantir a ligação para que ocorra sua separação, manter o alinhamento e suportar a carga prevista com a segurança necessária Estaca prancha As estacas pranchas de madeira, de aço ou pré-moldadas de concreto armado que constituem recursos importantes utilizados em obras de contenção, ensecadeiras entre outros. As de madeira e de concreto armado são do tipo macho e fêmea, e as metálicas são fabricadas com vários tipos de desenhos e encaixes.

32 29 Figura 2-14 Exemplo de Estaca Prancha Sheet Piles Fonte: Designing Buildings Tubulão Segundo a Norma 6122/2010 o tubulão pode ser executado, com ou sem revestimento, manual ou mecanicamente, em que, pelo menos na sua etapa final de escavação, há descida de operário, que se faz necessária para executar o alargamento de base ou pelo menos a limpeza do fundo da escavação. Pode ser feito a céu aberto ou sob ar comprimido. Tubulão a céu aberto é um poço executado acima do nível da água, ou abaixo, caso seja possível bombeá-la sem risco de desabamento. Após a escavação, e realizado a limpeza ou esgotamento da água, procede-se a concretagem. Não há necessidade de utilização de vibrador. Para obras em que o terreno superior seja instável, ou dentro de lagos, os tubulões podem ser revestidos com camisas de concreto ou de aço. Neste caso, pode ser adaptado ao tubulão equipamento pneumático, de forma a permitir que os trabalhos sejam executados a seco, com pressão de ar comprimido.

33 30 Figura 2-15 Representação de Tubulão Tipos de fundação: Tubulão Fonte: blog construir 2.2 MÉTODOS SEMI-EMPÍRICOS PARA DETERMINAÇÃO DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS A capacidade de carga se refere a um valor de força máxima que corresponde à resistência de um elemento de fundação pode suportar. Para cálculo da capacidade de carga podem ser utilizado alguns métodos semi-empíricos, os quais se baseiam em correlações empíricas com resultado de ensaios in situ e ajustados com provas de carga, muitos autores propuseram esse método, mas, serão utilizados apenas alguns deles como: Aoki Velloso (1975), Décourt Quaresma (1978) e Cabral Antunes (1996) Método Aoki Velloso (1975) Em 1975, os autores Aoki e Velloso desenvolveram um estudo comparativo entre resultados de provas de carga em estacas e de SPT, que pode ser usado, tanto com dados de SPT, como com os dados do ensaio CPT (MARCHEZINI, 2013).

34 31 Sendo assim, a capacidade de carga da estaca é da soma das parcelas devido à resistência de ponta (R P ) e à resistência Lateral (R L ) da estaca, como mostra a Equação 2.1. Onde: R = capacidade de carga R L = resistência lateral R P = resistência de ponta (2.1) A resistência lateral é descrita pela Equação 2.2: ( ) (2.2) Onde: U = perímetro do fuste r L = tensão resistente por atrito lateral Δ L = segmentos da estaca A resistência de ponta é descrita pela Equação 2.3: (2.3) Onde: r P = tensão de resistência de ponta A P = área de seção transversal da ponta ou base da estaca Portanto, a expressão de capacidade de carga de um elemento de fundação é dada pela Equação 2.4. ( ) (2.4) Pelo método Aoki Velloso, r p e r L são incógnitas geotécnicas, inicialmente obtidas em ensaios CPT, por meio da resistência de ponta de cone (q c ) e do atrito lateral unitário na luva (f s ), as incógnitas r p e r L são descritas nas Equações 2.5 e 2.6.

35 32 (2.5) (2.6) Em que, F1 e F2 são fatores de correção que levam em conta a diferença de comportamento entre estaca e o cone do CPT, e a influência do método executivo de cada tipo de estaca. Convém ressaltar que, no Brasil, o ensaio CPT não é tão utilizado quanto o ensaio SPT (Cintra e Aoki, 2010). O coeficiente q c pode ser substituído por uma correlação com o índice de resistência à penetração (NSPT), como demonstra na Equação 2.7. (2.7) Onde: K = coeficiente que depende do tipo do solo Com essa substituição, podemos expressar o atrito lateral (f s ) em função de NSPT, utilizando a razão de atrito (α) dada na Equação 2.8. (2.8) De onde se obtém a Equação 2.9 (2.9) Onde α é em função do tipo de solo. No método Aoki Velloso, os autores se baseiam no tipo de solo, conhecido pela sondagem SPT, e com isso, podemos reescrever as expressões da resistência de ponta e lateral nas Equações 2.10 e 2.11.

36 33 (2.10) (2.11) Onde, N p e N L, respectivamente, é o índice de resistência à penetração na cota de apoio da ponta da estaca e o índice de resistência à penetração média no segmento do solo Δ L. A capacidade de carga (R) de um elemento isolado de fundação pode ser estimada pela fórmula semi-empírica, como segue a Equação ( ) (2.12) A Tabela 2.1 representa os valores de K e α atualizados, e a Tabela 2.2 os valores de F1 e F2 atualizados. Tabela 2-1 Coeficiente K e α em razão do tipo de solo Fonte: Velloso e Lopes, 2010.

37 34 Tabela 2-2 Fatores de correção F1 e F2 atualizados Fonte: Velloso e Lopes, Método Décourt Quaresma (1978) O método de Décourt Quaresma (1978), que se baseia em resultado de ensaios SPT, eliminando a correlação com valores de cone, o qual deveria conduzir a resultados mais confiáveis. Dessa forma, por não utilizar a correlação com o ensaio de cone, esse método pode conduzir a resultados mais confiáveis (MARCHEZINI, 2013). Segundo Marchezini (2013), a capacidade de carga do solo junto à ponta ou base do elemento estrutural de fundação é estimada pela Equação (2.13) Onde: K = fator característico do solo, apresentado na Tabela 2.3 N = média entre os valores dos NSPT, correspondentes ao nível da ponta ou base da estaca, o imediatamente anterior e o imediatamente posterior. Tabela 2-3 Coeficiente característico do solo K Fonte: Cintra e Aoki, 2010 Mediante o valor médio do índice de resistência à penetração do SPT ao longo do fuste, em uma tabela elaborada pelos autores, sem considerar o tipo de solo, estimava a tensão de adesão ou atrito lateral ( L ). Os valores do NSPT

38 35 utilizados para a estimativa da resistência de ponta eram desprezados. Décourt Quaresma (1978) propuseram uma equação que transformou esses valores tabelados na Equação 2.14, que trata do confinamento, devido ao deslocamento do solo. ( ) (kpa) (2.14) Onde: N L = valor médio dos NSPT ao longo do fuste da estaca, adotando como 3 os valores do NSPT menores que 3, e como 50 os valores de NSPT maiores que 50. Desta forma, tem-se: a) Resistência de ponta na Equação 2.15 (2.15) b) Resistência lateral por atrito ou adesão ao longo do fuste na Equação 2.16 ( ) (2.16) Sendo: A L = Área de superfície lateral da estaca (m 2 ) Por fim, a capacidade de carga de um elemento isolado de fundação (R), representada na Equação 2.17, é a soma das parcelas referente à capacidade de carga de ponta mais a parcela de capacidade de carga lateral. Onde: R P = capacidade de carga de ponta R L = capacidade de carga lateral (2.17) Em 1996, a equação da capacidade de carga foi modificada por Décourt, introduzindo os fatores α e β, respectivamente, nas parcelas de resistência de ponta

39 36 e lateral, resultando na Equação Os valores de α e β são apresentados nas Tabelas 2.4 e 2.5 ( ) (2.18) Esse método tem como aplicação para estacas escavadas com lama bentonítica, estacas escavadas em geral, estacas tipos hélice contínua e raiz, e estacas injetadas sob altas pressões. O método original onde permanece para estacas pré-moldadas, metálicas e tipo Franki. Tabela 2-4 Valores do fator em função do tipo de estaca e do tipo de solo Fonte: Cintra e Aoki, Tabela 2-5 Valores do fator em função do tipo de estaca e do tipo de solo Fonte: Cintra e Aoki, 2010.

40 Método Cabral Antunes (1996) Os autores Cabral e Antunes apresentam um método para previsão de cargas, com base em informações obtidas de 9 provas de cargas, realizadas em diâmetro de 35, 50 e 75 cm, e com resultados do ensaio de SPT, fazendo uma comparação entre dois métodos semi-empíricos tradicionais: Aoki Velloso (1975) e Décourt Quaresma (1978). Assim, os autores, para obter a resistência por atrito lateral e resistência de ponta, propuseram as Equações 2.19 e Resistência por atrito lateral: ( ) (2.19) Onde: D= diâmetro da estaca l = comprimento da estaca N = índice de resistência à penetração do ensaio SPT 1 = Coeficiente de atrito lateral que depende do tipo de solo (em kgf/cm2, Tabela 2.6) Resistência de ponta: ( ) ; (2.20) Onde: Np = índice de resistência à penetração do ensaio SPT 2 = parâmetro para o cálculo da resistência de ponta que depende do tipo de solo (Tabela 2.6). Tabela 2-6 Parâmetros 1 e 2 Fonte: Antunes & Cabral, 1996.

41 ENSAIO DE PROVA DE CARGA À TRAÇÃO Segundo a Norma 6122/2010, as fundações devem ser construídas de forma a suportar cargas, independente da estrutura e transferir esses carregamentos para o solo. Ensaio de prova de carga estática ou dinâmica pode ser realizado para verificar a capacidade de carga. O ensaio é descrito na NBR 12131/2006 e, segundo ela, aplicável a todos os tipos de estacas, verticais ou inclinadas, independente do processo de execução e de instalação no terreno, inclusive a tubulões, que a elas se assemelham. O ensaio tem como objetivo determinar a capacidade máxima de carga da estaca ensaiada, por meio do procedimento carga x deslocamento ao longo do tempo. A prova de carga estática, com carregamento rápido a tração, consiste na aplicação de cargas estáticas em estágios sucessivos e monitorados. Utiliza-se um sistema composto por cilindro e bomba hidráulica com comando a distância para a aplicação da carga, monitorada através de um manômetro. O controle dos deslocamentos no topo da estaca é feito utilizando-se quatro relógios comparadores com precisão de 0,01 mm. Os relógios comparadores são instalados, através de garras magnéticas, em vigas de referência fixas ao terreno, de acordo com a NBR Esquema representando o ensaio na Figura Figura 2-16 Representação de Ensaio de Prova de Carga à tração. Fonte: Fundare Engenharia Prova de carga a tração PCT

42 39 É feito o carregamento lento da estaca até atingir o dobro da sua carga de projeto ou atingir o ponto de ruptura, registrando-se o deslocamento da estaca ao longo do tempo em cada etapa de carregamento e de descarregamento. E deve-se monitorar durante o ensaio de carregamento, as medições de deslocamento da estaca ao longo do tempo durante a aplicação de carga e durante a descarga. Gráfico 2.1 Curva Carga x Deslocamento Fonte: Ricent Prova de Carga Estática A análise dos dados obtidos em campo traz informações importantes, como a curva carga x deslocamento, capacidade de carga da estaca, parcelas de resistência lateral, coeficiente de segurança do estaqueamento. 2.4 RESISTÊNCIA À TRAÇÃO Segundo Décourt (1995), existe a hipótese de que a resistência de uma estaca tracionada equivale a uma porcentagem da resistência lateral da mesma estaca solicitada a esforços de compressão. A resistência lateral à tração seria de aproximadamente 70% da resistência lateral à compressão.

43 40 3 METODOLOGIA A metodologia do trabalho foi baseada nas seguintes etapas: 1. Pesquisa bibliográfica; 2. Escolha do estudo de caso; 3. Análise dos parâmetros geotécnicos da fundação; 4. Realização das análises e, 5. Conclusão. Inicialmente, realizou-se uma ampla revisão bibliográfica para levantar referências sobre o assunto da pesquisa, assim como a revisão de conceitos ligados aos diferentes métodos de dimensionamento nos projetos de fundação. A partir de levantamento de dados da obra de uma Usina Termoelétrica localizada em Candiota/RS, é realizada uma avaliação dos carregamentos e parâmetros geotécnicos e, em seguida, uma elaboração do dimensionamento das fundações, usando os métodos semi-empíricos como Aoki Velloso, Décourt Quaresma, entre outros. Após a elaboração dos dimensionamentos das fundações, que neste caso estudado sendo do tipo estaca raiz, foi realizada uma análise dos casos e uma comparação dos métodos. Para esta comparação serão utilizados os valores de Resistência Lateral à Compressão, calculados pelos métodos semi-empíricos.

44 41 4 DESENVOLVIMENTO O local estudado trata-se da Usina Termoelétrica Pampa Sul do Grupo Engie (Tractebel Energia), localizada na estrada Trigolândia (Bagé - Pelotas), km 3 Candiota/RS. Abaixo segue a vista da obra na Figura 4.1. Figura 4-1 Obras da Pampa Sul METADE DAS OBRAS DA PAMPA SUL JÁ ESTÁ PRONTA - Fonte: Jornal do Comércio De acordo com o Jornal do Comércio do dia 20/03/2017, a construção da Termoelétrica atingiu 50% de implantação concluída em março de 2017, considerando obras civis, montagem eletromecânica, linhas de transmissão, reservatório e a correia transportadora de carvão, esta última é o foco deste trabalho. Ainda, conforme o cronograma, deve iniciar a operação até 1 de janeiro de A construção conta com 1,98 mil pessoas na obra e nos serviços de apoio à implantação da Usina, sendo 50 funcionários do Grupo Engie e 1,93 mil de empresas contratadas.

45 42 O carvão será oriundo de minas de carvão, situadas próximo à Usina, e será levado por correia transportadora do sistema de britagem da mina até o pátio de carvão na Usina. O projeto executivo do Transportador pode ser visto na Figura 4.2. Figura 4-2 Projeto da Correia Transportadora Projeto UTE Pampa Sul - Fonte: Engie A empresa Estasul executou sondagens ao longo do trecho percorrido pela Correia Transportadora, sendo: 18 sondagens SPT (SP1, SP2, SP3, SP4 a SP18), com 06 deslocamentos (SP2A, SP10A, SP17A, P18A, P18B e SP18C) e 10 sondagens mistas (SM1, SM2, SM3, SM5, SM6, SM6A, SM7, SM8, SM10 e SM11). A Locação das sondagens pode ser conferida nas Figuras 4.3 e 4.4.

46 43 Figura 4-3 Locação dos pontos de sondagem Prova de carga à tração PCT - Fonte: Fundare Engenharia Figura 4-4 Locação dos pontos de sondagem Prova de carga à tração PCT - Fonte: Fundare Engenharia Com base nas NBR 6122, NBR e Boletins de sondagem (Anexos 3, 4 e 5) SM1, SM2 e SM11 do trecho da correia transportadora, foi realizado o Ensaio de Prova de Carga estática com carregamento à tração rápida nos dia 28 e 29 de

47 44 Março de 2017, pela Empresa FUNDARE Engenharia. O ensaio foi realizado em duas estacas, com os seguintes dados: - Estaca Ensaiada n : P2-6/E5; - Tipo: Estaca Raiz d = 310mm; - Profundidade: 14m; - Carga de projeto: 16,0 tf - Carga máxima no ensaio: 35,0 tf - Data de execução da estaca: 10 de Março de Estaca Ensaiada n : Eixo A2/EB; - Tipo: Estaca Raiz d = 250mm; - Profundidade: 9m; - Carga de projeto: 17,5 tf - Carga máxima no ensaio: 35,0 tf - Data de execução da estaca: 13 de Fevereiro de Para o cálculo dos métodos foram utilizados os dados das sondagens, realizadas pela Empresa Estasul como demonstra os Anexos 3, 4 e 5, onde foram retiradas as informações: Cota do terreno, NSPT e a variação do tipo de solo em relação à profundidade.

48 CÁLCULO DOS MÉTODOS Para realizar os cálculos dos métodos semi-empíricos Aoki Velloso, Décourt Quaresma e Cabral Antunes foram utilizados os dados das sondagens e das estacas, assim criando 3 planilhas de Excel: Estaca P2-6/E5 e Sondagem SM1; Estaca P2-6/E5 e Sondagem SM2; Estaca Eixo A2/EB e Sondagem SM11. O Coeficiente de Segurança (CS) presente nas planilhas, de acordo com a Norma 6122/2010, para métodos semi-empíricos é 3,00. Após realizar os cálculos dos métodos, foi feita a comparação dos métodos entre si e junto com a prova de carga à tração, utilizando os resultados calculados de resistência lateral à tração Aoki Velloso Usando os dados das estacas raiz, foram calculados a Área de Ponta (Ap) e o Perímetro de Fuste (U), a partir do Diâmetro, e determinados os coeficientes F1 e F2, considerando o tipo de estaca, de acordo com a Tabela 2.2 como mostram as Tabelas 4.1, 4.2 e 4.3. Estaca P2-6/E5: Ap = Ap = 0,07548 m² U = x D U = 0,97389 m Estaca Eixo A2/EB: Ap = Ap = 0,04909 m² U = x D U = 0,7854 m

49 46 Tabela 4-1 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM1 Cota Profundidade NSPT Tipo de solo F1 F2 (m) (m) 181, Argila siltosa 2,2 2,4 180, Argila siltosa 2,2 2,4 179, Argila siltosa 2,2 2,4 178, Argila siltosa 2,2 2,4 177, Argila siltosa 2,2 2,4 176, Argila siltosa 2,2 2,4 175, Silte 2,2 2,4 174, Silte 2,2 2,4 173, Silte 2,2 2,4 172, Silte 2,2 2,4 171, Silte 2,2 2,4 170, Silte 2,2 2,4 169, Silte 2,2 2,4 168, Silte 2,2 2,4 167, Silte 2,2 2,4 Fonte: Autoria Própria. Tabela 4-2 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM2 Cota Profundidade NSPT (m) (m) Tipo de solo F1 F2 181, Argila siltosa 2,2 2,4 180, Argila siltosa 2,2 2,4 179, Argila siltosa 2,2 2,4 178, Argila siltosa 2,2 2,4 177, Argila siltosa 2,2 2,4 176, Argila siltosa 2,2 2,4 175, Argila siltosa 2,2 2,4 174, Silte 2,2 2,4 173, Silte 2,2 2,4 172, Silte 2,2 2,4 171, Silte 2,2 2,4 170, Silte 2,2 2,4 169, Silte 2,2 2,4 168, Silte 2,2 2,4 167, Silte 2,2 2,4 Fonte: Autoria Própria.

50 47 Tabela 4-3 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM11 Cota Profundidade NSPT (m) (m) Tipo de solo F1 F2 213, Argila siltosa 2,2 2,4 212, Argila siltosa 2,2 2,4 211, Argila siltosa 2,2 2,4 210, Argila siltosa 2,2 2,4 209, Areia argilosa 2,2 2,4 208, Areia siltosa 2,2 2,4 207, Silte 2,2 2,4 206, Silte 2,2 2,4 205, Silte 2,2 2,4 204, Silte 2,2 2,4 Fonte: Autoria Própria. Com os dados de sondagem, foram obtidas as informações de Cota, NSPT, Profundidade e Tipo de Solo. A partir do tipo de solo, foram definidos os coeficientes K e α para cada profundidade analisada, de acordo com a Tabela 2.1 como demonstram as Tabelas 4.4, 4.5 e 4.6. Tabela 4-4 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM1 Cota Profundidade K α NSPT Tipo de solo F1 F2 (m) (m) (Kpa) (%) 181, Argila siltosa 2,2 2, ,04 180, Argila siltosa 2,2 2, ,04 179, Argila siltosa 2,2 2, ,04 178, Argila siltosa 2,2 2, ,04 177, Argila siltosa 2,2 2, ,04 176, Argila siltosa 2,2 2, ,04 175, Silte 2,2 2, ,03 174, Silte 2,2 2, ,03 173, Silte 2,2 2, ,03 172, Silte 2,2 2, ,03 171, Silte 2,2 2, ,03 170, Silte 2,2 2, ,03 169, Silte 2,2 2, ,03 168, Silte 2,2 2, ,03 167, Silte 2,2 2, ,03 Fonte: Autoria Própria.

51 48 Tabela 4-5 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM2 Cota Profundidade K α NSPT Tipo de solo F1 F2 (m) (m) (Kpa) (%) 181, Argila siltosa 2,2 2, ,04 180, Argila siltosa 2,2 2, ,04 179, Argila siltosa 2,2 2, ,04 178, Argila siltosa 2,2 2, ,04 177, Argila siltosa 2,2 2, ,04 176, Argila siltosa 2,2 2, ,04 175, Argila siltosa 2,2 2, ,04 174, Silte 2,2 2, ,03 173, Silte 2,2 2, ,03 172, Silte 2,2 2, ,03 171, Silte 2,2 2, ,03 170, Silte 2,2 2, ,03 169, Silte 2,2 2, ,03 168, Silte 2,2 2, ,03 167, Silte 2,2 2, ,03 Fonte: Autoria Própria. Tabela 4-6 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM11 Cota Profundidade K α NSPT Tipo de solo F1 F2 (m) (m) (Kpa) (%) 213, Argila siltosa 2,2 2, ,04 212, Argila siltosa 2,2 2, ,04 211, Argila siltosa 2,2 2, ,04 210, Argila siltosa 2,2 2, ,04 209, Areia argilosa 2,2 2, ,03 208, Areia siltosa 2,2 2, ,02 207, Silte 2,2 2, ,03 206, Silte 2,2 2, ,03 205, Silte 2,2 2, ,03 204, Silte 2,2 2, ,03 Fonte: Autoria Própria. Após colocar os dados das estacas e das sondagens, foram calculadas: A Resistência de Ponta (Rp), utilizando a Equação 2.10, Resistência Lateral (Rl) pela Equação 2.11, e a Capacidade de Carga (R) pela Equação Os resultados obtidos estão apresentados nas Tabelas 4.7, 4.8 e 4.9.

52 49 Tabela 4-7 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM1 Cota Profundidade Rp Rl Rl R R/CS (m) (m) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) 181, ,02 40,33 39,28 122,30 40,77 180, ,31 62,33 99,99 228,30 76,10 179, ,22 55,00 153,55 266,77 88,92 178, ,76 58,67 210,69 331,45 110,48 177, ,67 51,33 260,68 366,35 122,12 176, ,38 29,33 289,25 349,63 116,54 175, ,09 215,00 498, ,72 362,91 174, ,15 250,00 742, ,26 476,09 173, ,15 250,00 985, ,73 557,24 172, ,15 250, , ,21 638,40 171, ,15 250, , ,68 719,56 170, ,15 250, , ,15 800,72 169, ,15 250, , ,63 881,88 168, ,15 250, , ,10 963,03 167, ,15 250, , , ,19 Fonte: Autoria Própria. Tabela 4-8 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM2 Cota Profundidade Rp Rl Rl R R/CS (m) (m) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) 181, ,93 33,00 32,14 100,07 33,36 180, ,22 55,00 85,70 198,92 66,31 179, ,76 58,67 142,84 263,60 87,87 178, ,48 36,67 178,55 254,02 84,67 177, ,14 88,00 264,25 445,39 148,46 176, ,98 113,67 374,95 608,93 202,98 175, ,38 183,33 553,50 930,88 310,29 174, ,15 250,00 796, ,12 494,37 173, ,15 250, , ,60 575,53 172, ,15 250, , ,07 656,69 171, ,15 250, , ,54 737,85 170, ,15 250, , ,02 819,01 169, ,15 250, , ,49 900,16 168, ,15 250, , ,96 981,32 167, ,15 250, , , ,48 Fonte: Autoria Própria.

53 50 Tabela 4-9 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM11 Cota Profundidade Rp Rl Rl R R/CS (m) (m) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) 213, ,72 51,33 40,32 109,04 36,35 212, ,63 55,00 83,51 157,15 52,38 211, ,72 51,33 123,83 192,55 64,18 210, ,72 51,33 164,15 232,87 77,62 209, ,24 217,50 334,97 723,21 241,07 208, ,50 333,33 596, ,27 496,42 207, ,25 250,00 793, ,37 413,12 206, ,25 250,00 989, ,72 478,57 205, ,25 250, , ,07 544,02 204, ,25 250, , ,42 609,47 Fonte: Autoria Própria. Após a utilização da Equação 2.11 e feito o somatório para obter os valores máximos de Resistência Lateral à Compressão da estaca: Estaca P2-6/E5 SM1: Rl = 2446,42 KN Rl = 244,64 tf Estaca P2-6/E5 SM2: Rl = 2501,28 KN Rl = 250,12 tf Estaca Eixo A2/EB SM11: Rl = 1382,17 KN Rl = 138,21 tf

54 51 Logo em seguida, assim que obtidos os valores da resistência à compressão, é multiplicado o resultado por 0,7 (70%) para obter a resistência à tração da estaca. : Estaca P2-6/E5 SM1: Rl = 0,7 x 244,64 = 171,25 tf Estaca P2-6/E5 SM2: Rl = 0,7 x 250,12 = 175,09 tf Estaca Eixo A2/EB SM11: Rl = 0,7 x 138,21 = 96,75 tf Décourt Quaresma Da mesma forma que no Método Aoki Velloso foram usados os dados das estacas raiz, foram calculados a Área de Ponta (Ap) e o Perímetro de Fuste (U), a partir do Diâmetro. Considerando o tipo de estaca e o tipo de solo, determinaram-se os coeficientes α e β, com base nas Tabelas 2.4 e 2.5, como mostram as Tabelas 4.10, 4.11 e Estaca P2-6/E5: Ap = Ap = 0,075 m² U = x D U = 0,974 m Estaca Eixo A2/EB: Ap = Ap = 0,049 m² U = x D U = 0,785 m

55 52 Tabela 4-10 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 - SM1 Cota Profundidade NSPT (m) (m) Tipo de solo α β 181, Argila 0,85 1,5 180, Argila 0,85 1,5 179, Argila 0,85 1,5 178, Argila 0,85 1,5 177, Argila 0,85 1,5 176, Argila 0,85 1,5 175, Silte argiloso 0,6 1,5 174, Silte argiloso 0,6 1,5 173, Silte argiloso 0,6 1,5 172, Silte argiloso 0,6 1,5 171, Silte argiloso 0,6 1,5 170, Silte argiloso 0,6 1,5 169, Silte argiloso 0,6 1,5 168, Silte argiloso 0,6 1,5 167, Silte argiloso 0,6 1,5 Fonte: Autoria Própria. Tabela 4-11 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM2 Cota Profundidade NSPT (m) (m) Tipo de solo α β 181, Argila 0,85 1,5 180, Argila 0,85 1,5 179, Argila 0,85 1,5 178, Argila 0,85 1,5 177, Argila 0,85 1,5 176, Argila 0,85 1,5 175, Argila 0,85 1,5 174, Silte argiloso 0,6 1,5 173, Silte argiloso 0,6 1,5 172, Silte argiloso 0,6 1,5 171, Silte argiloso 0,6 1,5 170, Silte argiloso 0,6 1,5 169, Silte argiloso 0,6 1,5 168, Silte argiloso 0,6 1,5 167, Silte argiloso 0,6 1,5 Fonte: Autoria Própria.

56 53 Tabela 4-12 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM11 Cota Profundidade NSPT Tipo de solo α β (m) (m) 213, Argila 0,85 1,5 212, Argila 0,85 1,5 211, Argila 0,85 1,5 210, Argila 0,85 1,5 209, Areia 0,5 1,5 208, Areia 0,5 1,5 207, Silte arenoso 0,6 1,5 206, Silte arenoso 0,6 1,5 205, Silte arenoso 0,6 1,5 204, Silte arenoso 0,6 1,5 Fonte: Autoria Própria. A partir dos dados de sondagem, foram obtidas as informações de Cota, NSPT, Profundidade e Tipo de Solo. A partir do tipo de solo foi definido o coeficiente K para cada profundidade analisada, de acordo com a Tabela 2.3 como demonstram as Tabelas 4.13, 4.14 e Tabela 4-13 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM1 Cota Profundidade K NSPT Tipo de solo α β (m) (m) (Kpa) 181, Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1,5 200 Fonte: Autoria Própria.

57 54 Tabela 4-14 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM2 Cota Profundidade K NSPT Tipo de solo α β (m) (m) (Kpa) 181, Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1, , Silte argiloso 0,6 1,5 200 Fonte: Autoria Própria Tabela 4-15 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM11 Cota Profundidade K NSPT Tipo de solo α β (m) (m) (Kpa) 213, Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Argila 0,85 1, , Areia 0,5 1, , Areia 0,5 1, , Silte arenoso 0,6 1, , Silte arenoso 0,6 1, , Silte arenoso 0,6 1, , Silte arenoso 0,6 1,5 250 Fonte: Autoria Própria Após colocar os dados das estacas e das sondagens, Foram calculadas: A Resistência de Ponta (Rp), utilizando a Equação 2.15, Resistência Lateral (Rl) pela Equação 2.16, e a Capacidade de Carga (R) pela Equação Resultados obtidos podem ser conferidos nas Tabelas 4.16, 4.17 e 4.18.

58 55 Tabela 4-16 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 - SM1 Cota Profundidade Rp Rl Rl R R/CS (m) (m) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) 181, ,63 45,45 44,26 151,08 50,36 180, ,97 64,93 107,49 292,12 97,37 179, ,86 58,43 164,40 362,08 120,69 178, ,92 61,68 224,47 459,88 153,29 177, ,80 55,19 278,22 525,11 175,04 176, ,46 35,71 312,99 531,08 177,03 175, ,10 149,33 458, ,10 359,03 174, ,77 172,05 625, ,84 463,95 173, ,77 172,05 793, ,19 547,73 172, ,77 172,05 961, ,53 631,51 171, ,77 172, , ,88 715,29 170, ,77 172, , ,22 799,07 169, ,77 172, , ,57 882,86 168, ,77 172, , ,91 966,64 167, ,77 172, , , ,42 Fonte: Autoria Própria Tabela 4-17 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM2 Cota Profundidade Rp Rl Rl R R/CS (m) (m) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) 181, ,51 38,96 37,94 126,20 42,07 180, ,86 58,43 94,85 257,75 85,92 179, ,92 61,68 154,92 355,55 118,52 178, ,57 42,20 196,02 371,01 123,67 177, ,37 87,65 281,38 606,84 202,28 176, ,77 110,37 388,87 821,97 273,99 175, ,86 172,05 556, ,58 406,53 174, ,77 172,05 724, ,86 512,95 173, ,77 172,05 891, ,20 596,73 172, ,77 172, , ,55 680,52 171, ,77 172, , ,89 764,30 170, ,77 172, , ,23 848,08 169, ,77 172, , ,58 931,86 168, ,77 172, , , ,64 167, ,77 172, , , ,42 Fonte: Autoria Própria

59 56 Tabela 4-18 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM11 Cota Profundidade Rp Rl Rl R R/CS (m) (m) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) 213, ,47 44,51 34,95 122,53 40,84 212, ,36 47,12 71,97 183,05 61,02 211, ,47 44,51 106,92 230,48 76,83 210, ,47 44,51 141,88 282,91 94,30 209, ,41 83,78 207,67 596,22 198,74 208, ,75 138,75 316,65 965,85 321,95 207, ,59 138,75 425, ,60 335,53 206, ,59 138,75 534, ,06 390,02 205, ,59 138,75 643, ,53 444,51 204, ,59 138,75 752, ,99 499,00 Fonte: Autoria Própria Após a utilização da Equação 2.16 e feito o somatório para obter os valores máximos de Resistência Lateral à Compressão da estaca: Estaca P2-6/E5 SM1: Rl = 1798,93 KN Rl = 179,89 tf Estaca P2-6/E5 SM2: Rl = 1896,94 KN Rl = 189,69 tf Estaca Eixo A2/EB SM11: Rl = 752,56 KN Rl = 75,26 tf Logo em seguida, assim que obtidos os valores da resistência à compressão, é multiplicado o resultado por 0,7 (70%) para obter a resistência à tração da estaca. : Estaca P2-6/E5 SM1: Rl = 0,7 x 179,89 = 125,93 tf

60 57 Estaca P2-6/E5 SM2: Rl = 0,7 x 189,69 = 132,79 tf Estaca Eixo A2/EB SM11: Rl = 0,7 x 75,26 = 52,68 tf Cabral Antunes Para este método, foram calculadas 3 estatísticas: A mínima, a média e a máxima, pelo fato de os coeficientes β1 e β2 serem variações. Sendo assim, será apresentado o processo de cálculo de uma estatística (mínima), mas o processo equivale para as outras, só mudando os coeficientes. Neste método foram usados os dados das estacas raiz de Diâmetro (D) e Comprimento da Estaca ( l). Estaca P2-6/E5: D = 0,31 m l = 1,0 m Estaca Eixo A2/EB: D = 0,25 m l = 1,0 m Com os dados de sondagem, foram obtidas as informações de Cota, NSPT, Profundidade e Tipo de Solo. A partir do tipo de solo, foram definidos os coeficientes β1 e β2 para cada profundidade analisada, de acordo com a Tabela 2.6 como demonstram as Tabelas 4.19, 4.20 e 4.21.

61 58 Tabela 4-19 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 - SM1 (Mínimo) Cota Profundidade NSPT Tipo de solo β1 β2 (m) (m) 181, Argila 2,0 1,0 180, Argila 2,0 1,0 179, Argila 2,0 1,0 178, Areia 4,0 2,0 177, Argila 2,0 1,0 176, Argila 2,0 1,0 175, Silte 2,5 1,0 174, Silte 2,5 1,0 173, Silte 2,5 1,0 172, Silte 2,5 1,0 171, Silte 2,5 1,0 170, Silte 2,5 1,0 169, Silte 2,5 1,0 168, Silte 2,5 1,0 167, Silte 2,5 1,0 Fonte: Autoria Própria Tabela 4-20 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM2 (Mínimo) Cota Profundidade NSPT (m) (m) Tipo de solo β1 β2 181, Argila 2,0 1,0 180, Argila 2,0 1,0 179, Argila 2,0 1,0 178, Areia 4,0 2,0 177, Argila 2,0 1,0 176, Argila 2,0 1,0 175, Argila 2,0 1,0 174, Silte 2,5 1,0 173, Silte 2,5 1,0 172, Silte 2,5 1,0 171, Silte 2,5 1,0 170, Silte 2,5 1,0 169, Silte 2,5 1,0 168, Silte 2,5 1,0 167, Silte 2,5 1,0 Fonte: Autoria Própria

62 59 Tabela 4-21 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM11 (Mínimo) Cota Profundidade NSPT Tipo de solo β1 β2 (m) (m) 213, Argila 2,0 1,0 212, Argila 2,0 1,0 211, Argila 2,0 1,0 210, Argila 2,0 1,0 209, Areia 4,0 2,0 208, Areia 4,0 2,0 207, Silte 2,5 1,0 206, Silte 2,5 1,0 205, Silte 2,5 1,0 204, Silte 2,5 1,0 Fonte: Autoria Própria Após colocar os dados das estacas e das sondagens, Foram calculadas: A Resistência de Ponta (Rp), utilizando a Equação 2.20, Resistência Lateral (Rl) pela Equação 2.19, e a Capacidade de Carga (R) que seria o somatório das duas resistências. Resultados obtidos podem ser conferidos nas Tabelas 4.22, 4.23 e Ressaltando que, pelo fato de os coeficientes β1 e β2 serem encontrados como sendo variações, como consta na tabela 2.6, foi decidido construir 3 estimativas para o método, utilizando os valores mínimos, médios e máximos dos coeficientes.

63 60 Tabela 4-22 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 - SM1 (Mínimo) Cota Profundidade Rp Rl ΣRl R R/CS (m) (m) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) 181,26 0 0,83 22,00 21,43 43,43 14,48 180,26 1 1,28 34,00 54,54 88,54 29,51 179,26 2 1,13 30,00 83,75 113,75 37,92 178,26 3 2,42 64,00 146,08 210,08 70,03 177,26 4 1,06 28,00 173,35 201,35 67,12 176,26 5 0,60 16,00 188,94 204,94 68,31 175,26 6 3,25 107,50 293,63 401,13 133,71 174,26 7 3,77 125,00 415,37 540,37 180,12 173,26 8 3,77 125,00 537,10 662,10 220,70 172,26 9 3,77 125,00 658,84 783,84 261,28 171, ,77 125,00 780,58 905,58 301,86 170, ,77 125,00 902, ,31 342,44 169, ,77 125, , ,05 383,02 168, ,77 125, , ,79 423,60 167, ,77 125, , ,52 464,17 Fonte: Autoria Própria Tabela 4-23 Memória de Cálculo da Estaca P2-6/E5 SM2 (Mínimo) Cota Profundidade Rp Rl ΣRl R R/CS (m) (m) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) 181,26 0 0,68 18,00 17,53 35,53 11,84 180,26 1 1,13 30,00 46,75 76,75 25,58 179,26 2 1,21 32,00 77,91 109,91 36,64 178,26 3 1,51 40,00 116,87 156,87 52,29 177,26 4 1,81 48,00 163,61 211,61 70,54 176,26 5 2,34 62,00 224,00 286,00 95,33 175,26 6 3,77 100,00 321,38 421,38 140,46 174,26 7 3,77 125,00 443,12 568,12 189,37 173,26 8 3,77 125,00 564,86 689,86 229,95 172,26 9 3,77 125,00 686,60 811,60 270,53 171, ,77 125,00 808,33 933,33 311,11 170, ,77 125,00 930, ,07 351,69 169, ,77 125, , ,81 392,27 168, ,77 125, , ,54 432,85 167, ,77 125, , ,28 473,43 Fonte: Autoria Própria

64 61 Tabela 4-24 Memória de Cálculo da Estaca Eixo A2/EB SM11 (Mínimo) Cota Profundidade Rp Rl ΣRl R R/CS (m) (m) (KN) (KN) (KN) (KN) (KN) 213,22 0 0,69 28,00 21,99 49,99 16,66 212,22 1 0,74 30,00 45,55 75,55 25,18 211,22 2 0,69 28,00 67,54 95,54 31,85 210,22 3 0,69 28,00 89,54 117,54 39,18 209,22 4 2,85 116,00 180,64 296,64 98,88 208,22 5 4,91 200,00 337,72 537,72 179,24 207,22 6 2,45 125,00 435,90 560,90 186,97 206,22 7 2,45 125,00 534,07 659,07 219,69 205,22 8 2,45 125,00 632,25 757,25 252,42 204,22 9 2,45 125,00 730,42 855,42 285,14 Fonte: Autoria Própria Após a utilização da Equação 2.19 e feito o somatório para obter os valores máximos de Resistência Lateral à Compressão da estaca: Estaca P2-6/E5 SM1: Mínimo: Rl = 1267,52 KN 126,75 tf Médio: Rl = 1511,24 KN 151,12 tf Máximo: Rl = 1786,12 KN 178,61 tf Estaca P2-6/E5 SM2: Mínimo: Rl = 1295,28 KN 129,53 tf Médio: Rl = 1583,79 KN 158,38 tf Máximo: Rl = 1891,79 KN 189,18 tf Estaca Eixo A2/EB SM11: Mínimo: Rl = 730,42 KN 73,04 tf Médio: Rl = 873,56 KN 87,36 tf Máximo: Rl = 1016,70 KN 101,67 tf Logo em seguida, assim que obtidos os valores da resistência à compressão, é multiplicado o resultado por 0,7 (70%) para obter a resistência à tração da estaca. :

65 62 Estaca P2-6/E5 SM1: Mínimo: Rl = 0,7 x 126,75 = 88,73 tf Médio: Rl = 0,7 x 151,12 = 105,79 tf Máximo: Rl = 0,7 x 178,61 = 125,03 tf Estaca P2-6/E5 SM2: Mínimo: Rl = 0,7 x 129,53 = 90,67 tf Médio: Rl = 0,7 x 158,38 = 110,87 tf Máximo: Rl = 0,7 x 189,18 = 132,43 tf Estaca Eixo A2/EB SM11: Mínimo: Rl = 0,7 x 73,04 = 51,13 tf Médio: Rl = 0,7 x 87,36 = 61,15 tf Máximo: Rl = 0,7 x 101,67 = 71,17 tf Comparação Após ter realizado os cálculos de estimativa de capacidade de carga à tração, podem-se comparar os resultados obtidos e apresentá-los na Tabela Tabela 4-25 Resumo dos resultados de todos os métodos Sondagem Estaca Cabral- Compri. Aoki-Velloso Décourt-Quaresma Antunes [m] [tf] [tf] [tf] SM1 P2-6/E5 14,00 171,25 125,93 88,73 SM2 P2-6/E5 14,00 175,09 132,79 90,67 SM11 Eixo A2/EB 9,00 96,75 52,68 51,13 Fonte: Autoria Própria Como podemos observar o método de Aoki Velloso foi o que resultou em uma estimativa de carga maior nas estacas em relação aos outros métodos, e o método de Cabral Antunes apresentou a menor. Décourt Quaresma apresentou valores intermediários, com exceção da estaca Eixo A2/EB da sondagem SM11 que apresentou a carga equivalente ao método de Cabral Antunes. Para o método Cabral Antunes considerou-se o resultado que demonstra a pior situação, que no caso seria o mínimo das variações dos coeficientes β1 e β2.

66 63 5 CONCLUSÃO Ao término desta pesquisa, pôde-se analisar que as estacas P2 6/E5 e estaca eixo A2/EB, conseguiram suportar a carga de projeto estabelecida. Assim, quando feita a comparação com o ensaio de prova de carga realizada pela empresa Fundare Engenharia, constatou-se que as estacas estão superdimensionadas para suportar a força à tração, exceção feita na estaca Eixo A2/EB da sondagem SM11, a qual apresentou valores similares de resistência lateral nos métodos de Décourt Quaresma e Cabral Antunes. Outro ponto que foi analisado, tratou-se do método de Cabral Antunes (1996), o qual se apresentou muito conservador, já que apresenta uma capacidade de carga baixa, em relação aos demais métodos. Nesse sentido, ressalta-se que o método mais arrojado é o de Aoki Velloso (1975). Observa-se ainda que, como o ensaio em campo foi desenvolvido sem chegar ao ponto de ruptura, não há como saber, com exatidão, qual método chegou mais próximo do resultado pretendido. Todavia, por outro lado, com o resultado da carga máxima estipulada pela empresa, é possível dizer que, para o cálculo de estimativa de capacidade de carga, o método mais próximo do ensaio de campo foi o de Cabral Antunes (1996). 5.1 SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS Coletar informações de eventual ensaio de prova de carga à compressão para verificar se as estacas estão de fato superdimensionadas: Avaliando apenas a resistência a tração, não é possível avaliar a compressão sem o resultado de ensaio de prova de carga. É possível que as estacas estejam dimensionadas corretamente, visto que a compressão exige uma resistência maior do que para a tração, causando a impressão de superdimensionamento ao observar a tração. Coletar informações de novos ensaios de prova de carga à tração em fundações profundas, visto que durante a realização deste trabalho foram encontradas poucas fontes sobre o tema.

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70 ANEXOS 67

71 ANEXO 1 Ensaio de Prova de Carga Estática à Tração Estaca P2-6/E5 68

72 ANEXO 2 Ensaio de Prova de Carga Estática à Tração Estaca Eixo A2/EB 69

73 ANEXO 3 SONDAGEM SM1 70

74 ANEXO 4 SONDAGEM SM2 71

75 ANEXO 5 SONDAGEM SM11 72

76 ANEXO 6 AOKI VELLOSO - PCE 01 - SM1 73

77 ANEXO 7 DÉCOURT QUARESMA - PCE 01 - SM1 74

78 ANEXO 8 CABRAL ANTUNES (MÍNIMO) - PCE 01 - SM1 75

79 ANEXO 9 CABRAL ANTUNES (MÉDIO) - PCE 01 - SM1 76

80 ANEXO 10 CABRAL ANTUNES (MÁXIMO) - PCE 01 - SM1 77

81 ANEXO 11 AOKI VELLOSO - PCE 01 SM2 78

82 ANEXO 12 DÉCOURT QUARESMA - PCE 01 SM2 79

83 ANEXO 13 CABRAL ANTUNES (MÍNIMO) - PCE 01 SM2 80

84 ANEXO 14 CABRAL ANTUNES (MÉDIO) - PCE 01 SM2 81

85 ANEXO 15 CABRAL ANTUNES (MÁXIMO) - PCE 01 SM2 82

86 ANEXO 16 AOKI VELLOSO - PCE 02 SM11 83

87 ANEXO 17 DÉCOURT QUARESMA - PCE 02 SM11 84

88 ANEXO 18 CABRAL ANTUNES (MÍNIMO) - PCE 02 SM11 85

89 ANEXO 19 CABRAL ANTUNES (MÉDIO) - PCE 02 SM11 86