UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL. Izabela Fusieger

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL Izabela Fusieger PREVISÃO DA CAPACIDADE DE CARGA GEOTÉCNICA EM ESTACA DO TIPO ESCAVADA Santa Maria, RS 2018

2 Izabela Fusieger PREVISÃO DA CAPACIDADE DE CARGA GEOTÉCNICA EM ESTACA DO TIPO ESCAVADA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do título de Engenheira Civil. Orientador: Prof. Dr. Magnos Baroni Santa Maria, RS 2018

3 Izabela Fusieger PREVISÃO DA CAPACIDADE DE CARGA GEOTÉCNINCA EM ESTACA DO TIPO ESCAVADA Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do título de Engenheira Civil. Aprovado em 2018: Magnos Baroni, Dr. (UFSM) (Presidente/Orientador) André Lubéck, Dr. (UFSM) Amanda Sagrilo, Engenheira Civil Santa Maria, RS 2018

4 AGRADECIMENTOS Gostaria de agradecer à minha família, por todo o apoio, motivação e amor incondicional que sempre estiveram presentes nesta caminhada. Ao meu orientador, professor Magnos Baroni, pela orientação, disponibilidade e paciência ao longo deste semestre. Ao engenheiro e amigo Djalma Garcia da Silva, pela ajuda na obtenção dos dados necessários para a elaboração deste trabalho. Aos meus amigos e colegas, pelos momentos de estudo e pelo auxílio durante a graduação.

5 RESUMO PREVISÃO DA CAPACIDADE DE CARGA GEOTÉCNICA EM ESTACA DO TIPO ESCAVADA AUTORA: Izabela Fusieger ORIENTADOR: Magnos Baroni Este trabalho apresenta os resultados do estudo comparativo entre os métodos de cálculo semi-empíricos e prova de carga estática de uma estaca do tipo escavada, projetada e executada na cidade de Florianópolis - SC. Os procedimentos adotados para a execução da estaca seguiram os padrões descritos na NBR 6122/2010. A estaca foi executada com de 18,50 m de profundidade, sendo 16,10 m em solo, com diâmetro de 80 cm, e 2,40 m em rocha, sendo o diâmetro de 70 cm. A capacidade de carga geotécnica da estaca foi estimada a partir dos métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Décourt- Quaresma (1978), Teixeira (1996) e Cabral-Antunes (2000), e tiveram por base o boletim de sondagem SPT. A prova de carga foi conduzida até o carregamento de 5111,04 kn, a fim de obter as curvas de carga x recalque do fuste e da ponta da estaca. A análise dos resultados foi realizada com a extrapolação da curva carga x recalque com os métodos de Van der Veen (1953), Chin (1970) e da NBR 6122/2010, sendo realizado o comparativo entre os valores obtidos com o ensaio e os valores calculados a partir dos métodos semi-empíricos, com fatores de segurança aplicados. Dentre os métodos analisados, o método de Aoki-Velloso teve o menor fator segurança (FS = 4,21) e este obteve os resultados mais próximos aos obtidos com a carga de ruptura obtida pela extrapolação do método de Van der Veen (1953), que foi igual a 3,79. Palavras-chave: Fundações; Estaca escavada; Provas de carga estáticas; Métodos semi-empíricos; extrapolação da curva carga x recalque.

6 ABSTRACT LOAD CAPACITY PREDICTION OF BORED PILE AUTHOR: Izabela Fusieger ADVISOR: Magnos Baroni This essay shows the results of a comparative study between semi-empirical methods and static load tests of a bored pile, projected and executed in Florianópolis - SC. The proceedings adopted for the pile execution are following the recommendations of NBR 6122/2010. The pile was executed with m of depth, being m in soil, with a diameter of 80 cm, and 2.40 m in rock, the diameter being of 70 cm. The geotechnical load capacity of the pile was estimated with the semi-empirical methods Aoki- Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), Teixeira (1996) and Cabral-Antunes (2000), which were based on the SPT survey bulletin. The static load test was conducted up to kn, in order to obtain the load-settlement curves of the pile shaft and tip. The analysis of the results was performed using the extrapolation of the load-settlement curve with the methods of Van der Veen (1953), Chin (1970) and NBR 6122/2010, comparing the values of the load test and the values calculated by the semi-empirical methods, with security factors applied. Among the analyzed methods, the Aoki-Velloso method had the lowest safety factor (SF = 4.21) and it obtained the results closest to those obtained by the extrapolation of Van der Veen's method (1953) which was equal to Keywords: Foundations; Bored pile; Static load tests; Semi-empirical methods; extrapolation of the load-settlement curve.

7 LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Fundação superficial e profunda, (a) superficial, (b) profunda Figura 2 Principais tipos de fundações profundas, (a) estaca, (b) tubulão Figura 3 Execução de estaca escavada Figura 4 Referencial absoluto no ensaio SPT Figura 5 Definição do N SPT Figura 6 Amostradores para rochas Figura 7 Parcelas que constituem a capacidade de carga Figura 8 Sistemas de reação para prova de carga estática Figura 9 - Princípio básico da prova de carga com células expansivas hidrodinâmicas Figura 10 Curva carga x recalque para provas de carga com diferentes velocidades de carregamento Figura 11 Solução gráfica do método de Van der Veen Figura 12 Método da NBR 6122/ Figura 13 Localização da ponte Hercílio Luz em Florianópolis SC Figura 14 Localização da estaca E Figura 15 Boletim de sondagem SM Figura 16 Colocação da armadura equipada com células expansivas Figura 17 Instrumentação do ensaio Figura 18 Curva carga x recalque Figura 19 Capacidades de carga com FS parcial aplicado Figura 20 Método de Van der Veen (1953) aplicado a curva carga x recalque do fuste Figura 21 Curva carga x recalque corrigida da estaca estudada Figura 22 Método de Van der Veen (1953) aplicado a curva carga x recalque corrigida Figura 23 Método de Chin (1970) aplicado a curva carga x recalque corrigida Figura 24 Método de NBR 6122/2010 aplicado a curva carga x recalque corrigida Figura 25 Comparação das cargas de ruptura com FS aplicados... 63

8 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Tipos de estacas classificadas pelo método executivo Tabela 2 Cargas de catálogo para estacas escavadas Tabela 3 - Fatores F1 e F2 (Aoki e Velloso, 1975; Velloso et al., 1978) Tabela 4 Valores de K e α (Aoki e Velloso, 1975) Tabela 5 Valores de C (Décourt e Quaresma, 1978) Tabela 6 Valores do fator α em função do tipo de estaca e do tipo de solo Tabela 7 Valores do fator β em função do tipo de estaca e do tipo de solo Tabela 8 Valores do parâmetro α Tabela 9 Valores do parâmetro β Tabela 10 Valores característicos de βp Tabela 11 Valores indicativos de σc Tabela 12 Comprimento mínimo de embutimento Tabela 13 Parâmetros para dimensionamento Tabela 14 - Método de Aoki-Velloso (1975) Tabela 15 - Método de Décourt-Quaresma (1978) Tabela 16 - Método de Teixeira (1996) Tabela 17 - Método de Cabral-Antunes (2000)... 55

9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS ESTRUTURA DO TRABALHO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA FUNDAÇÕES PROFUNDAS Estacas INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA Standard Penetration Test (SPT) Sondagem Mista CAPACIDADE DE CARGA Recalques Efeito de grupo em estacas ESTIMATIVA DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS Método Aoki & Velloso (1975) Método Décourt & Quaresma (1978) Método de Teixeira (1996) Método de Cabral-Antunes (2000) Carga Estrutural Admissível ANÁLISE DE DESEMPENHO DE ESTACAS Prova de carga estática Ensaio de carregamento rápido INTERPRETAÇÃO DA CURVA CARGA X RECALQUE Método de Van der Veen (1953) Método de Chin (1970) Método da NBR 6122/ MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS Obra estudada Geologia do local Investigações geotécnicas Prova de carga estática CÁLCULO DA CAPACIDADE DE CARGA ESTIMATIVA DE CARGA DE RUPTURA RESULTADOS CÁLCULO DA CAPACIDADE DE CARGA Método de Aoki-Velloso (1975) Método de Décourt-Quaresma (1978) Método de Teixeira (1996) Método de Cabral-Antunes (2000) Carga Estrutural Admissível Comparação dos resultados ESTIMATIVA DA CARGA DE RUPTURA Método de Van der Veen (1953) Método de Chin (1970) Método da NBR 6122/ Comparação dos resultados CONSIDERAÇÕES FINAIS... 64

10 5.1 SUGESTÕES PARA FUTUROS ESTUDOS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 66

11 11 1 INTRODUÇÃO A parte de uma estrutura que tem como função transmitir ao solo o seu peso próprio, o peso da superestrutura e qualquer força que atue sobre a mesma, é chamada de fundação. Quando se trata de fundações, cada obra apresenta peculiaridades como por exemplo, o tipo de solo, a presença de água, tipos de carregamentos, entre outros, e para isso o projetista deve optar pelo tipo de fundação que melhor atenda às necessidades da obra. Por esta escolha estar ligada a fatores naturais, existe um certo grau de empirismo no dimensionamento, o que torna difícil a obtenção dos valores reais de capacidade de carga através dos métodos de cálculo disponíveis (VELLOSO e LOPES, 2010). A sugestão da NBR 6122/2010 para a realização de provas de carga estática ou de carregamento dinâmico em estacas permite uma verificação da real capacidade de carga de uma estaca após execução. Os resultados de ensaios de prova de carga estático permitem gerar uma curva, a qual relaciona carga e recalque, e sua análise e interpretação através de diferentes métodos permitem estimar a carga de ruptura para a estaca ensaiada ou verificar se a carga de projeto adotada está sendo suportada pela estaca de fundação. O estudo de caso foi realizado em uma estaca, que faz parte da torre T5 do viaduto de acesso continental a ponte Hercílio Luz, localizada na cidade de Florianópolis - SC. A estaca é do tipo escavada com carga de trabalho de 1.385,00 kn, de comprimento efetivo de 18,50 m, sendo 16,10 m em solo com diâmetro de 800 mm e 2,40 m embutida em rocha com diâmetro de 700 mm. Para o dimensionamento de uma estaca, o cálculo da capacidade de carga pode ser feito através de diversos métodos, serão abordados neste trabalho os métodos de Aoki-Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), Teixeira (1996) e Cabral-Antunes (2000). Também foram abordados para a extrapolação e estimativa da carga de ruptura os métodos de Van der Veen (1953), de Chin (1970) e da NBR 6122/ OBJETIVO GERAL O presente trabalho tem como objetivo apresentar um estudo de desempenho de estaca escavada, através de uma análise de uma estaca localizada na cidade de Florianópolis - SC. Para tanto, será calculado a capacidade de carga mobilizada pela estaca, posteriormente

12 12 confrontando-os com o resultado do ensaio de carregamento estático e sua interpretação através de métodos de extrapolação OBJETIVOS ESPECÍFICOS a) Calcular a capacidade de carga geotécnica de uma estaca escavada, pelos métodos semi-empíricos de Aoki-Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), Teixeira (1996) e Cabral-Antunes (2000) e comparar os resultados; b) Analisar a curva carga x recalque e realizar a extrapolação da mesma pelos métodos de Van der Veen (1953), de Chin (1970) e da NBR 6122/2010; c) Comparar os resultados obtidos pelo ensaio de prova de carga e os métodos semi-empíricos ESTRUTURA DO TRABALHO O primeiro capítulo apresenta a introdução, os objetivos, e a estrutura do trabalho. O segundo capítulo, refere-se à revisão bibliográfica sobre os tipos de fundações, aprofundando o estudo em estacas escavadas, sua execução e suas vantagens. Contempla também revisão sobre investigação geotécnica com SPT e sondagem mista, ensaio de carregamento estático, os métodos de previsão de capacidade de carga e os métodos de extrapolação de curva carga x recalque aplicados a este estudo. O terceiro capítulo comtempla o estudo de caso, localização da obra, algumas características geológicas da região, relatório de ensaio SPT, cálculos realizados através dos métodos semi-empíricos e os resultados dos ensaios de prova de carga estática realizados. No quarto capítulo, apresentam-se os resultados dos métodos de previsão de capacidade carga, as análises realizadas entre os resultados dos cálculos, as estimativas de carga de ruptura e uma breve análise das mesmas. No quinto capítulo, mostram-se as principais conclusões obtidas através das análises realizadas no capítulo anterior e sugestões para pesquisas futuras.

13 13 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Uma fundação projetada corretamente tem como função suportar as cargas atuantes sobre ela e distribuí-las sobre o solo de maneira satisfatória, ou seja, de modo que não se produzam tensões excessivas no solo ao ponto de provocar ruptura no solo (TSCHEBOTARIOFF, 1978). A profundidade da ponta ou base do elemento estrutural de fundação é uma das diferentes formas de se agrupar os vários tipos de fundação, o que gera dois grupos: as fundações superficiais ou rasas, como as fundações por sapatas; e as fundações profundas, como as fundações por estacas e tubulões (CINTRA et al., 2011). Os dois tipos de fundação são identificados na Figura 1. Figura 1 - Fundação superficial e profunda, (a) superficial, (b) profunda Fonte: Velloso e Lopes (2010) 2.1. FUNDAÇÕES PROFUNDAS As fundações profundas são classificadas, de acordo com a NBR 6122/2010, como aquelas que possuem a sua ponta ou base com profundidade de assentamento de no mínimo 3,0 m e superior ao dobro da sua menor dimensão em planta. A transmissão da carga ao terreno acontece pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou uma combinação das duas. Os principais tipos de fundações profundas são estacas e tubulões, como ilustra a Figura 2.

14 14 Figura 2 Principais tipos de fundações profundas, (a) estaca, (b) tubulão Fonte: Velloso e Lopes (2010) Estacas Estacas são fundações executadas sem a descida de pessoal em qualquer etapa da execução e inteiramente por equipamentos ou ferramentas. Os materiais empregados podem ser madeira, aço, concreto pré-moldado, concreto moldado in loco ou uma combinação dos anteriores (NBR 6122/2010). A execução de estacas pode ser por cravação a percussão, prensagem, vibração, por escavação ou de forma mista, ou seja, envolvendo mais de um destes processos. A escolha do tipo de estaca deve considerar os seguintes aspectos: esforços nas fundações e características do subsolo, do local da obra e das construções vizinhas (HACHICH et al., 1998). A Tabela 1 demonstra a classificação de estacas pelo método executivo.

15 15 Tabela 1 Tipos de estacas classificadas pelo método executivo Efeito no solo Material Método executivo Tipo de estaca De madeira - - Cravadas a percussão Grande Pré-moldadas De concreto Cravadas a prensagem deslocamento Moldadas in situ Tipo Franki (cravadas) Tubos de ponta De aço - fechada Perfis de aço - - Moldadas in situ com Tipo Strauss Pequeno pré-furo Tipo raiz deslocamento Concreto Pré-moldadas com - pré-furo Sem suporte Sem Ferramentas rotativas Com uso de lama deslocamento Concreto Com revestimento (escavadas) Diafragmadora Com uso de lama Fonte: adaptação de Hachich et al. (1998) Estacas escavadas As estacas escavadas são moldadas em campo e executadas por meio da perfuração do terreno por um processo qualquer com remoção de material. A perfuração sem suporte só pode acontecer em terrenos argilosos acima do lençol d água, natural ou rebaixado. As paredes da escavação podem ser suportadas por um revestimento, recuperável ou perdido, ou por um fluído estabilizante (VELLOSO e LOPES, 2010). Segundo Barros (2003) o equipamento de escavação para este tipo de estaca consiste basicamente de uma mesa rotativa que aciona uma haste telescópica que tem uma ferramenta de perfuração acoplada a sua extremidade. Essa ferramente pode ser o trado, caçamba ou coroa, a escolha depende do tipo do solo. Existem algumas variantes em relação à concretagem, segundo Velloso e Lopes (2010), uma delas é uma perfuração com revestimento, perdido ou a ser recuperado, onde se adota o

16 16 processo de concretagem submersa com tremonha, pois o furo está cheio de água. A tremonha é um tubo feito de elementos emendados por rosca com um funil na parte superior, este é mergulhado até tocar o fundo da escavação então acontece a concretagem onde o embutimento da tremonha não deve ser inferior a 1,50m. Uma bola de borracha funciona como o êmbolo de uma seringa no interior do tubo, sua função é evitar que fluídos que estão no interior do tubo se misturem com o concreto. A Figura 3 ilustra o processo de execução de uma estaca escavada. Figura 3 Execução de estaca escavada Fonte: < (Acesso em: 14/04/2018) Uma das vantagens da estaca escavada é a baixa emissão de ruídos e vibrações na vizinhança, o que torna este tipo de estaca bom para centros urbanos. Pode-se citar também as cargas admissíveis elevadas e a fácil adaptação a terrenos variados como vantagens de uma estaca escavada (VELLOSO e LOPES, 2010). As estacas tem valores de carga de catálogo que estão indicados na Tabela 2, o que é um valor que não leva em consideração o aspecto geotécnico, apenas considera a tensão admissível e a multiplica pela área da seção transversal do fuste (CINTRA e AOKI, 2010).

17 17 Tabela 2 Cargas de catálogo para estacas escavadas Estaca Dimensão (cm) Carga de catálogo P e (kn) Escavada com trado helicoidal (a seco) σ e = 4 MPa (Falconi, Souza Filho e Fígaro, 1998) Estacão (escavada com lama bentonitica) σ e = 4 MPa** (Saes, 1998) x x x x Estaca diafragma ou barrete 100 x σ e = 4 MPa** 120 x (Saes, 1998) 30 x x x x * Diâmetro externo do revestimento ** Saes (1998) apresenta valores de P e também para σ e = 5 e 6 MPa Fonte: adaptação de Cintra e Aoki (2010).

18 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA O solo é um material natural, e por isso apresenta grande variabilidade quanto à composição e ao comportamento sob carga. Características como consistência, compacidade, resistência e deformabilidade podem ter uma variabilidade dentro do maciço, por isso deve ser realizada previamente a investigação geotécnica, ou seja, uma análise do maciço de solos. Descobrir as condições que a natureza está oferecendo é o objetivo da investigação geotécnica (CINTRA et al., 2013). Para planejar a investigação geotécnica a ser adotada deve-se considerar alguns fatores, como as características e complexidade da obra, os riscos envolvidos, o meio físico. A execução se baseia em ensaio de campo, pois esses proporcionam uma previsão mais realista do comportamento do solo, independentemente da abordagem para a elaboração dessa investigação (SCHNAID e ODEBRECHT, 2012) Standard Penetration Test (SPT) O ensaio de penetração dinâmica, mais conhecido como SPT, é o mais utilizado para investigações geotécnicas e é normatizado pela NBR 6484/2001 da ABNT. O processo deste ensaio é realizado por meio de uma sondagem à percução e consiste na cravação de um amostrador (padronizado por norma) através da queda de um martelo com 65 kgf, que também é padronizado, a uma altura de 75 cm. Na Figura 4 pode se observar o referencial absoluto no ensaio SPT. A sondagem a percussão é capaz de ultrapassar o nível d água e solos relativamente compactos, mas não tem a capacidade de ultrapassar blocos de rocha, alterações rochosas ou solo residuais muito compactos.

19 19 Figura 4 Referencial absoluto no ensaio SPT Fonte: Cintra et al. (2013) Os números de golpes (quedas) necessários para cravar 45 cm, segmentado em 3 seções de 15 cm cada são registrados. A partir do número de golpes necessários para cravar os 30 cm finais do segmento se determina o índice de resistência a penetração (N SPT ). A Figura 5 demonstra a definição do N SPT. O primeiro metro de solo não tem representatividade em fundações profundas e por isso é desprezado do ensaio. Figura 5 Definição do N SPT Fonte: Cintra et al. (2013)

20 20 O ensaio será paralizado, de acordo com a NBR 6484/2001, onde se obtiver: a) 30 golpes para penetração dos 15 cm iniciais, em 3 m sucessivos; b) 50 golpes para penetração dos 30 cm iniciais, em 4 m sucessivos; e, c) 50 golpes para penetração dos 45 cm, em 5 m sucessivos. É determinado o sucesso de uma sondagem a percussão com SPT ao se atingir os seguintes objetivos: determinação dos tipos de solo em suas respectivas profundidades de ocorrência, da posição do nível d água e dos índices de resistência a penetração a cada metro (NBR 6484/2001). De maneira complementar, é possível ainda medir a umidade do solo, atráves de coleta de amostras indeformadas diretamento no amostrador em diferentes profundidades Sondagem Mista Quando há ocorrência de elementos de rocha, que precisem ser ultrapassados ou caracterizados no processo de investigação, utilizam-se sondagens rotativas. Quando a sondagem rotativa é utilizada em conjunto com uma sondagem de simples reconhecimento do solo é denominada de sondagem mista. O processo de perfuração consiste, basicamente, em fazer girar as hastes (pelo cabeçote de perfuração) e força-las para baixo (em geral, por um sistema hidráulico). Uma ferramenta tubular chamada barrilete é utilizada durante o processo de sondagem rotativa para corte e retirada de amostras de rocha (chamadas de testemunho). Essas ferramentas têm em sua extremidade inferior uma coroa, que pode ter pastilhas de tungstênio (wídia) ou diamantes (VELLOSO e LOPES, 2010). Os amostradores são ilutrados na Figura 6.

21 21 Figura 6 Amostradores para rochas, (a) barrilete simples, (b) barrilete duplo, (c) barrilete duplo giratório Fonte: Velloso e Lopes (2010) Segundo a NBR 6122/2010 quando se trata de maciço rochoso, as amostras coletadas devem indicar suas principais características, como tipo de rocha, grau de alteração, índice de recuperação e índice de qualidade de rocha (RQD). Deve ser feita a determinação do N SPT sempre que possível CAPACIDADE DE CARGA A capacidade de carga, em termos geotécnicos, refere-se ao valor da força correspondente à máxima resistência que o sistema pode oferecer ou do valor representativo da condição de ruptura do sistema. Assim sendo, no entendimento físico desta questão, a tensão ao longo do fuste e junto a ponta da estaca permite separar-se a resistência em duas parcelas: a resistência por atrito lateral e a resistência de ponta. Então, a capacidade de carga é dada pela soma destas parcelas, que estão representadas na Figura 7.

22 22 Figura 7 Parcelas que constituem a capacidade de carga Fonte: Cintra e Aoki (2010) Resistência por atrito lateral, em areias, representa a tensão de atrito lateral local que se desenvolve entre o solo e o fuste de um segmento da estaca, na condição de máxima mobilização. Para solo argiloso, a resistência lateral é representada pela tensão de adesão do solo ao fuste da estaca, que pode ser calculada em função da coesão não drenada da argila. A resistência de ponta pode ser considerada como a capacidade de carga de uma fundação direta, para isso deve-se considerar o solo que está abaixo da cota da estaca (CINTRA e AOKI, 2010). Para a previsão da capacidade na fase de projeto existem vários métodos de cálculo, os resultados obtidos através desses métodos podem ser comparados com resultados obtidos com valores experimentais por meio de ensaios (CINTRA e AOKI, 2010). É feita a recomendação na NBR 6122/2010 para a verificação da capacidade de carga durante ou após a execução das fundações, essa sendo feita através de provas de carga estática e ensaios de carregamento dinâmico.

23 Recalques Os deslocamentos verticais que ocorrem em fundações são chamados de recalques. Estes deslocamentos possuem valores admissíveis que são definidos pelos projetistas, com base em valores experimentais locais de certo tipo de fundação em um tipo de solo (ALONSO, 2003) Em projetos de fundações por estaca pode-se considerar valores de recalques admissíveis propostos por Meyerhof (1976): 25 mm para estacas em areia e 50 mm para estacas em argila, sendo que estes consideram o efeito de grupo. Para estacas isoladas, se tem 15 mm para estacas em areia e 25 mm para estacas em argila (CINTRA e AOKI, 2010) Efeito de grupo em estacas O efeito de grupo em estacas é definido na NBR 6122/2010 como o processo de interação dos diversos elementos que constituem uma fundação ao transmitirem ao solo as cargas que lhes são aplicadas. Uma superposição de tensões é ocasionada por esta interação, o que em geral faz com que o recalque do grupo seja diferente do recalque do elemento isolado. Segundo Velloso e Lopes (2010) a capacidade de carga do grupo se torna diferente da capacidade de carga do elemento isolado. Esta diferença causada pelo efeito de grupo, pode ser benéfica, mas depende da forma de execução da fundação e do tipo do terreno ESTIMATIVA DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS Na elaboração de projetos são utilizados métodos de previsão de capacidade de carga para estimativa da capacidade de cargas de estacas, é possível separá-los em métodos teóricos e métodos semi-empíricos. Os métodos semi-empíricos são aqueles em que o cálculo é feito utilizando-se fórmulas empíricas e semi-empíricas, desenvolvidas com o auxílio de correlações com ensaios in situ, principalmente SPT e CPT, e ajustados com ensaio de prova de carga. O método Aoki-Velloso (1975) foi desenvolvido com base no CPT, mas posteriormente adaptado para uso com o SPT, que é o ensaio mais usual no Brasil. Outros métodos semiempíricos utilizados para dimensionamento de estacas baseados no SPT, são: Décourt e Quaresma (1978) e Teixeira (1996).

24 24 Para dimensionamento de estacas embutidas em rocha pode se utilizar o método de Cabral-Antunes (2000) Método Aoki & Velloso (1975) O método de Aoki e Velloso (1975) é um método brasileiro que foi desenvolvido originalmente a partir da comparação de resultados de prova de carga em estacas com resultados de ensaios CPT, mas como estes ensaios não são tão usualmente empregados no Brasil, pode se substituir por uma correlação com ensaios SPT (CINTRA e AOKI, 2010; HACHICH et al., 1998; VELLOSO e LOPES, 2010). A capacidade de carga (R), como definido anteriormente, é dada pela soma das parcelas de resistência lateral (R L ) e de ponta (R p ), demonstradas nas Equações 1 e 2. R L = U ( r L L ) (1) R p = r p A p (2) Logo, temos a Equação 3 para a capacidade de carga: R = R L + R p = U ( r L L ) + r p A p (3) Onde: R = capacidade de carga da estaca, em kn; U = perímetro da seção transversal do fuste, em metros; r L = resistência lateral unitária; L = profundidade da camada, em metros; r p = resistência de ponta unitária; A p = área da seção transversal da ponta da estaca, em m². As incógnitas r L e r p são geotécnicas e correlacionam-se com o ensaio CPT como demonstrado nas Equações 4 e 5:

25 25 r p = q c F 1 (4) r L = f s F 2 (5) F 1 e F 2 são fatores de correção, que levam em conta diferença de comportamento entre o protótipo e modelo, ou seja, escala, e também o processo executivo de diferentes tipos de estaca. Os valores destes fatores foram obtidos através de provas de carga realizadas em vários estados do Brasil e estão apresentados na Tabela 3. Tabela 3 - Fatores F 1 e F 2 (Aoki e Velloso, 1975; Velloso et al., 1978) Tipo de estaca F 1 F 2 Franki 2,5 5,0 Metálica 1,75 3,5 Pré-moldada de concreto 1,75 3,5 Escavada 3,0 6,0 Fonte: Velloso e Lopes (2010) Quando não se tem resultados de ensaio CPT pode-se realizar a subtituição por correlações com o índice de resistência à penetração (N SPT ) obtidos no ensaio SPT, apresentadas nas Equações 6 e 7. r p = K N p F 1 (6) r L = α K N L F 2 (7) Onde: K = fator de correção em função do tipo de solo, em kgf/cm²; N p = N SPT na cota de apoio da ponta da estaca; α = fator de correção em função do tipo do solo, em porcentagem; N L = N SPT médio da camada de solo de espessura L.

26 26 Tanto o coeficiente K como a razão de atrito α dependem do tipo de solo. Seus valores são obtidos com base na experiência dos autores e em valores da literatura, e são dados na Tabela 4. Tabela 4 Valores de K e α (Aoki e Velloso, 1975) Tipo de solo K α Areia 10 1,4 Areia siltosa 8 2 Areia siltoargilosa 7 2,4 Areia argilossiltosa 5 2,8 Areia argilosa 6 3 Silte arenoso 5,5 2,2 Silte arenoargiloso 4,5 2,8 Silte 4 3 Silte argiloarenoso 2,5 3 Silte argiloso 2,3 3,4 Argila arenosa 3,5 2,4 Argila arenossiltosa 3 2,8 Argila siltoarenosa 3,3 3 Argila siltosa 2,2 4 Argila 2 6 Fonte: Velloso e Lopes (2010) Por fim temos que a capacidade de carga de um elemento isolado de fundação é dada pela Equação 8: R = K N p F 1 A p + U F 2 ( α K N L L ) (8)

27 Método Décourt & Quaresma (1978) Décourt e Quaresma propuseram em 1978 um método para determinar capacidade de carga utilizando resultados do ensaio SPT, e neste também se divide a capacidade de carga em duas parcelas de resistência lateral (R L ) e de ponta (R p ), apresentadas nas Equações 9 e 10. R p = r p A p (9) R L = U r L L (10) Logo, se obtêm a expressão da Equação 11: R = R L + R p = U r L L + r p A p (11) Onde: R = capacidade de carga da estaca, em kn; U = perímetro da seção transversal do fuste, em metros; r L = tensão lateral unitária; L = comprimento da estaca, em metros; r p = resistência de ponta unitária; A p = área da seção transversal da ponta da estaca, em m². 12 e 13: Para estimar a tensão lateral unitária e a resistência de ponta unitária temos as Equações r L = 10 ( N L 3 + 1) (12) r p = CN p (13) Onde: N L = valor médio do N SPT ao longo do fuste, com limite inferior de 3 e superior de 15 para estacas Strauss, e de 50 para estacas de deslocamento e estacas escavadas com bentonita;

28 28 C = coeficiente característico do solo, em tf/m²; N p = valor médio do N SPT na ponta ou base da estaca, obtido através dos valores: na ponta, anterior e posterior. Tem-se então a Tabela 5 que apresenta os valores de C para diferentes tipos de solo. Tabela 5 Valores de C (Décourt e Quaresma, 1978) Tipo de solo C Argilas 12 Siltes argilosos (alteração de rocha) 20 Siltes arenosos (alteração de rocha) 25 Areias 40 Fonte: Velloso e Lopes (2010) Foram introduzidos em 1996 os fatores α e β nas parcelas de resistência, o que resultou na Equação 14: R = α C N p A p + β 10 ( N L 3 + 1) U L (14) A Equação 14, pode ser aplicada para estacas escavadas em geral, estacas tipos hélice contínua e raiz, e estacas injetadas sob altas pressões. Os valores de α e β estão apresentados nas Tabelas 6 e 7, respectivamente. Para estacas do tipo pré-moldadas, metálicas e tipo Franki, os valores de α e β são iguais a 1,0 (CINTRA e AOKI, 2010).

29 29 Tabela 6 Valores do fator α em função do tipo de estaca e do tipo de solo Tipo de estaca Tipo de solo Escavada Escavada Hélice Injetada sob Raiz em geral (bentonita) contínua altas pressões Argilas 0,85 0,85 0,3* 0,85* 1,0* Solos 0,6 0,6 0,3* 0,6* 1,0* intermediários Areias 0,5 0,5 0,3* 0,5* 1,0* * valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis Fonte: Cintra e Aoki (2010); Décourt (1996) Tabela 7 Valores do fator β em função do tipo de estaca e do tipo de solo Tipo de estaca Tipo de solo Escavada Escavada Hélice Injetada sob Raiz em geral (bentonita) contínua altas pressões Argilas 0,8* 0,9* 1,0* 1,5* 3,0* Solos 0,65* 0,75* 1,0* 1,5* 3,0* intermediários Areias 0,5* 0,6* 1,0* 1,5* 3,0* * valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis Fonte: Cintra e Aoki (2010); Décourt (1996) Método de Teixeira (1996) Em 1996, Teixeira apresentou uma equação unificada para capacidade de carga com base no uso prático de diversos métodos, como Aoki-Velloso, Décourt-Quaresma e outros, em função dos parâmetros de α e β, apresentada na Equação 15. R = R L + R p = α N p A p + β N L U L (15)

30 30 Onde: R = capacidade de carga da estaca, em kn; α = parâmetro relativo à resistência de ponta, em kpa; N p = valor médio do N SPT no intervalo de 4 diâmetros acima da ponta da estaca e 1 diâmetro abaixo; β = parâmetro relativo à resistência de atrito lateral, em kpa; N L = valor médio do N SPT ao longo do fuste da estaca. Os valores dos parâmetros α e β dependem do tipo de estaca, mas no caso do parâmetro α, este também é influenciado pelo tipo de solo. São dados os valores destes parâmetros nas Tabelas 8 e 9. Segundo Cintra e Aoki (2010), este método não se aplica para estacas prémoldadas de concreto flutuantes em camadas de argilas moles sensíveis, de N SPT inferior a 3, neste caso deve se usar valores de tensão de atrito lateral que dependem da natureza do sedimento argiloso. Tabela 8 Valores do parâmetro α Tipo de estaca Solo Pré-moldada e Escavada a (4 < N SPT < 40) Franki Raiz perfil metálico céu aberto Argila siltosa Silte argiloso Argila arenosa Silte arenoso Areia argilosa Areia siltosa Areia Areia com pedregulhos Fonte: Cintra e Aoki (2010); Teixeira (1996)

31 31 Tabela 9 Valores do parâmetro β Tipo de estaca β Pré-moldada e perfil metálico 4 Franki 5 Escavada a céu aberto 4 Raiz 6 Fonte: Cintra e Aoki (2010); Teixeira (1996) Método de Cabral-Antunes (2000) Em 2000, o método de Cabral-Antunes, foi apresentado no 4º Seminário de Engenharia de Fundações Especiais e Geotecnia, e permite prever a capacidade de carga para estacas em rocha. Segundo Velloso e Lopes (2010) quando parte do comprimento de uma estaca ou sua ponta se encontra em rocha, deve-se considerar que as deformações no trecho em solo e no trecho em rocha podem ser muito diferentes, a parcela da resistência em solo pode ser desprezada, no entanto, em casos onde o trecho de solo tiver uma resistência razoável (N SPT 10) e deformações plásticas superiores a 2 mm + 0,2%D (sendo D o diâmetro da estaca em mm), Cabral e Antunes (2000, apud Scheuermann Filho, 2016) afirma que a consideração da parcela resistiva do solo no cálculo da capacidade de carga é possível. O fator de segurança global a ser utilizado deve ser igual a 3. A capacidade de carga assim como os demais métodos se dá a partir da soma das parcelas de resistência lateral e de ponta, demonstrada na Equação 16. R = R L + R p = r p A p + r L U L (16) A resistência de ponta unitária é considerada em função da qualidade do maciço rochoso e da limpeza da ponta da estaca, deve ser menor ou igual a 8,0MPa, e é dada pela Equação 17: r p = β p σ c (17) Onde: β p = coeficiente de correlação em função do grau de alterção da rocha;

32 32 σ c = resistência a compressão simples da rocha, em MPa. A Tabela 10 apresenta os valores de β p, enquanto a Tabela 11 apresenta os valores de σ c para diversas rochas, que são divididas em: a) tipo 1: rochas ígneas e metamórficas (basaltos, gnaisses e granitos); b) tipo 2: rochas metamórficas foliadas (ardósias e xistos); c) tipo 3: rochas sedimentares bem cimentadas (arenitos, calcários e siltitos). Tabela 10 Valores característicos de β p Tipo de rocha Intervalo β p Média Muito alterada 0,07-0,13 0,10 Alterada 0,24-0,36 0,30 Pouco Alterada 0,48-0,64 0,54 Fonte: Scheuermann Filho (2016) apud Cabral e Antunes (1999) Tabela 11 Valores indicativos de σ c Tipo de rocha σ c Tipo Tipo Tipo Fonte: Scheuermann Filho (2016) apud Cabral e Antunes (1999) A resistência lateral unitária no fuste, deve ser entre 2,5% a 3,5% da resistência de ponta unitária, e deve satisfazer as condições apresentadas na Equação 18: r Lmáx f ck 1,3 MPa (18) 15 Onde: r Lmáx = resistência lateral unitária máxima; f ck = resistência característica do concreto que compõe estaca.

33 33 Cabral e Antunes (2000, apud Scheuermann Filho, 2016) colocam limitações no comprimento mínimo de embutimento (Le) da estaca na rocha. Estas limitações dependem do grau de alteração do maciço rochoso, das condições de limpeza do furo e do mecanismo de resistência da estaca, e são apresentadas na Tabela 12. Tabela 12 Comprimento mínimo de embutimento Características da rocha Não há dúvidas quanto à limpeza e a qualidade da rocha a partir da ponta da estaca Há possibilidade da porção de rocha sob a ponta da estaca ser de qualidade inferior em comparação à porção sobrejacente A estaca é suportada somente pelo seu fuste, por atrito lateral e outros mecanismos de adesão L e mínimo L e = 0,5D L e = 1,5D(r p > 30 MPa) L e = 2,0D(r p < 30 MPa) L e = 3,0D(r p > 30 MPa) L e = 4,0D(r p < 30 MPa) Fonte: Scheuermann Filho (2016) apud Cabral e Antunes (1999) Carga Estrutural Admissível A carga estrutural admissível considera apenas o elemento estaca, sem levar em conta o aspecto geotécnico (CINTRA e AOKI, 2010). A NBR 6122/2010 determina o cálculo da carga estrutural admissível através da Equação 19. P k = 0,85 fck A c γ f γ c (19) Onde: P k = resistência do elemento estaca; fck = reistência característica do concreto; A c = área da seção transversal da estaca; γ f = coeficiente de majoração das ações características; γ c = coeficiente de minoração da resistência a compressão de projeto do concreto. Os coeficientes de majoração e minoração são apresentados na Tabela 13.

34 34 Tabela 13 Parâmetros para dimensionamento Comprimento útil mínimo e % mínima de armadura Tipo de estaca fck máximo de projeto (MPa) γ f γ c Armadura (%) Comprimento (m) Escavadas sem fluído 15 1,4 1,9 0,5 2,0 Escavadas com fluído 20 1,4 1,8 0,5 4,0 Strauss 15 1,4 1,9 0,5 2,0 Franki 20 1,4 1,8 0,5 Armadura integral Fonte: Adaptação da NBR 6122/ ANÁLISE DE DESEMPENHO DE ESTACAS Segundo Cintra et al. (2013) quando o estaqueamento é concluído e se avalia sua capacidade de carga do mesmo, os valores reais podem não coincidir com os valores teóricos previstos pelo projeto, e estas variações se justificam, principalmente, por três motivos: Imperfeições nos métodos de cálculo da capacidade de carga, o que implica em resultados aproximados; Variabilidade das características do solo em toda a área abrangida pelo estaqueamento; Decisões de projetistas em relação a adoção de comprimentos de estacas. Cintra et al. (2013) também alerta para a grave consequência que ignorar os valores reais da capacidade de carga pode causar, o desconhecimento do fator de segurança real da fundação. O fator de segurança global é definido pela relação entre os valores médios de resistência e solicitação, demostrado na Equação 20: FS = R med S med (20) Onde: R med = resistência média; S med = solicitação média.

35 35 O desempenho de fundações pode ser realizado para todo o conjunto, superestrutura e fundação, para um grupo de elementos ou para um elemento isolado de fundação. Devido ao custo dessas verificações, é usual que se verifique apenas o desempenho de elementos isolados (HACHICH et al., 1998). Para se verificar o desempenho de fundações, tem-se os ensaios de carregamento dinâmico e os ensaios de carregamento estático, também conhecidos como prova de carga estática. O ensaio de carregamento dinâmico, normatizado pela NBR 13208/2007, visa, a partir da ação de carregamento dinâmico, a estimativa da capacidade de carga, através de análise fundamentada pela equação da onda Prova de carga estática De acordo com Hachich et al. (1998), a prova de carga estática é um ensaio do tipo tensão x deformação realizado no solo estudado para receber solicitações, ou em elemento de fundação construído para a obra ou para teste. Esses ensaios são realizados com o objetivo de verificar o comportamento previsto em projeto (capacidade de carga e recalques). Velloso e Lopes (2010) apontam outro uso para prova de carga estática, sendo esse a definição da carga de serviço nos casos em que não se consegue fazer uma previsão de comportamento. O processo consiste, segundo Cintra et al. (2013), na aplicação de cargas conhecidas no topo da estaca, em incrementos sucessivos e iguais (estágios de carga) com simultânea medição das deformações e deslocamentos gerados até que seja atingida a carga de ruptura ou a carga máxima programada (que é o dobro da carga de projeto da estaca). Os esforços aplicados podem ser axiais, de tração ou de compressão, ou transversais, segundo a NBR 12131/2006, que normatiza o processo do ensaio no Brasil, assim como sua aparelhagem e apresentação dos resultados. A NBR 6122/2010 define os limites para quando se existe a obrigatoriedade da execução da prova de carga, e que estas devem ser realizadas em no mínimo 1% da quantidade total de estacas e no início da obra. Para realizar o carregamento é preciso de um macaco hidráulico que atua contra um sistema de reação, esse sistema pode ser de três tipos: cargueira, estacas de reação e tirantes. Os diferentes sistemas são representados na Figura 8.

36 36 Figura 8 Sistemas de reação para prova de carga estática, (a) cargueira, (b) vigas presas a estacas vizinhas à de prova, tracionadas, (c) vigas ancoradas no terreno, (d) célula expansora, (e) vigas presas a estacas vizinhas à de prova, comprimidas, (f) macaco Fonte: Velloso e Lopes (2010) Existe também um outro processo que dispensa o sistema de reação e de carregamento, que é o sistema de célula expansiva hidrodinâmica desenvolvido por Silva, em 1986, o qual utiliza o elemento de fundação como reação, através da introdução de uma célula expansora no fuste da estaca, próximo à ponta, e carrega a parte inferior em compressão e a superior a tração (CINTRA et al, 2013; VELLOSO e LOPES, 2010). A Figura 9 ilustra o sistema de prova de carga com células expansivas hidrodinâmicas, onde Q é a carga aplicada no ensaio.

37 37 Figura 9 - Princípio básico da prova de carga com células expansivas hidrodinâmicas Fonte: Arcos Engenharia de Solos (2015) De acordo com Silva (1983), o ensaio executado com células expansivas gera resultados bidirecionais, ou seja, se obtem duas curvas carga x recalque, uma que representa o deslocamento do fuste e outra que descreve o deslocamento da ponta. O ensaio de prova de carga estático pode ser realizado com carregamento lento, com carregamento rápido, com carregamento misto ou com carregamento cíclico, lento ou rápido. A interpretação dos deslocamentos resultantes deve levar em consideração o tipo de carregamento (NBR 12131/2006) Ensaio de carregamento rápido Na NBR 12131/2006, o ensaio de carregamento rápido deve seguir algumas diretrizes: Em cada estágio, o incremento da carga não de ser superior a 10% da carga de trabalho da estaca; A carga deve ser mantida, em cada estágio, durante 10 minutos, independentemente da estabilização dos recalques; Os deslocamentos são lidos no início e no final de cada estágio; Quando a carga máxima de ensaio for atingida, deve-se medir os deslocamentos em cinco leituras, nos tempos de 10, 30, 60, 90 e 120 minutos. Então se realiza o

38 38 descarregamento em no mínimo 5 estágios, com tempo de 10 minutos a cada e leitura dos deslocamentos; Após 10 minutos do descarregamento total, devem ser realizadas duas leituras adicionais aos 30 e 60 minutos INTERPRETAÇÃO DA CURVA CARGA X RECALQUE O principal resultado obtido na prova de carga é a curva carga x recalque, que mostra o comportamento da fundação sob os carregamentos estáticos crescentes. O ensaio através do sistema de células expansivas, curva carga x recalque gerada é bidirecional, ou seja, são geradas duas curvas, uma que representa o deslocamento no topo da estaca e outra que representa o deslocamento em sua ponta. Para a interpretação de uma curva bidirecional, esta deve primeiro ser tranformada em uma curva equivalente a convencional. Em geral as curvas carga x recalque não exibem ruptura nítida (quando ocorre verticalização da curva), sendo necessário a interpretação para definir-se a capacidade de carga (CINTRA et al., 2013). Na Figura 10, ilustra a diferença entre curvas carga x recalque de carregamentos lentos e rápidos. Figura 10 Curva carga x recalque para provas de carga com diferentes velocidades de carregamento Fonte: Velloso e Lopes (2010)

39 39 Segundo Cintra et al. (2013), três são as curvas possíveis da fase de carregamento: curvatura não bem definida, curva que mostra ruptura física e curva aberta sem caracterização de ruptura física. Existem diferentes métodos para interpretação da curva carga x recalque e esses podem ser agrupados em duas classes: os de ruptura física e os de ruptura convencional. A ruptura física acontece quando o valor da capacidade de carga é definido pela assíntota vertical. A ruptura convencional admite valores de carga além da carga de ruptura. Ambos são aplicados à fase de carregamento da prova de carga Método de Van der Veen (1953) Cintra et al. (2013) classifica esse método na classe de ruptura física, ou seja, aqueles que buscam a assíntota vertical. O método de Van der Veen (1953) associa a curva carga x recalque com uma função exponencial, ilustrada na Equação 21, que ao ser reescrita permite se obter uma equação de uma reta, vista na Equação 22. P = R(1 e αρ ) (21) α ρ + ln (1 P R) = 0 (22) Onde: P = carga aplicada no topo da estaca; R = interseção da assíntota vertical com o eixo das cargas; α = coeficiente da forma da curva; ρ = recalque no topo da estaca. É desenhado um gráfico ln (1 P R) x ρ, para que se possa descobrir o valor de R e de α através do gráfico que mais se aproxima de uma reta. Em 1976, foi proposta uma alteração que permite que a curva ajustada não passe pela origem do sistema de coordenadas, e faz com que a curva carga x recalque se ajuste melhor aos pontos intermediários e finais do carregamento (CINTRA et al., 2013). A solução gráfica do método é ilustrada na Figura 11.

40 40 Figura 11 Solução gráfica do método de Van der Veen Fonte: Velloso e Lopes (2010) Método de Chin (1970) Outro método de ruptura física apresentado por Cintra et al. (2013) é o de Chin (1970). Este método considera que quando a carga se aproxima da ruptura tem-se uma curva carga x recalque hiperbólica, se reescreve para obter a equação da hipérbole. Estas expressões são demontradas nas Equações 23 e 24. P = ρ C+mρ (23) ρ P = m ρ + C (24) Onde: P = carga aplicada no topo da estaca, em kn; ρ = recalque no topo da estaca, em mm; C = constante, em kn -1 ; m = constante, em mm/kn.

41 41 Desenha-se um gráfico ρ P x ρ e se executa os primeiros pontos, formando então uma reta de coeficiente angular m. Aplica-se então o conceito de ruptura física a equação da hipérbole e tem a capacidade de carga apresentada na Equação 25. R = 1 m (25) Método da NBR 6122/2010 A NBR 6122/2010 apresenta um critério de ruptura convencional e, segundo Cintra et al. (2013), pode ser aplicado para qualquer prova de carga em que não ocorrer ruptura nítida. Se obtém a carga de ruptura a partir interseção da curva carga x recalque (extrapolada se necessário) com a reta obtida com a expressão vista na Equação 26. ρ = D 30 + P L A E (26) Onde: ρ = recalque no topo da estaca; D = diâmetro da seção transversal do fuste; P = carga aplicada no topo da estaca; L = comprimento da estaca; A = área da seção transversal do fuste; E = módulo de elasticidade do material da estaca. A segunda parcela da expressão representa o encurtamento elástico da estaca considerada como coluna livre (sem atrito lateral). O método é representado graficamente na Figura 12.

42 42 Figura 12 Método da NBR 6122/2010 Fonte: NBR 6122/2010.

43 43 3 MATERIAIS E MÉTODOS A realização de um estudo de caso visa fazer uma comparação dos resultados obtidos através de métodos teóricos com os resultados obtidos em testes realizados em campo, para que dessa forma possa se aprimorar os métodos de cálculos existentes. Em um estudo de caso, são necessárias certas informações, como, por exemplo, o tipo de obra e sua localização, características geológicas e geotécnicas, assim como, a definição dos métodos utilizados para o cálculo da capacidade de carga da estaca estudada MATERIAIS Obra estudada Foi avaliada para este trabalho o viaduto de acesso continental a ponte Hercílio Luz localizada na cidade de Florianópolis SC. Na Figura 13 observa-se uma imagem de satélite da ponte Hercílio Luz. Figura 13 Localização da ponte Hercílio Luz em Florianópolis SC Fonte: adaptado de Google Maps < ,15z/data=!3m1!4b1> (Acesso em: 08/06/2018)

44 44 Como parte das obras de restauração e recuperação da ponte, foi realizado o reforço das fundações. A estaca estudada, denominada E5-1, se encontra na torre T5 no bloco 8N, que faz parte do viaduto de acesso continental, sua localização está representada na Figura 14. Estaca do tipo escavada com revestimento com carga de trabalho de 1.385,00 kn, a estaca E5-1 tem comprimento efetivo de 18,50 m, sendo 16,10 m em solo com diâmetro de 800 mm e 2,40 m embutida em rocha com diâmetro de 700 mm. Figura 14 Localização da estaca E5-1 Fonte: Adaptado de Arcos Engenharia de Solos (2017) Geologia do local A cidade de Florianópolis é constituída geologicamente por duas formações básicas: os terrenos rochosos chamados cristalinos (granitos, riolitos e diques de diabásio) e os terrenos sedimentares de formação em depósitos recente (planícies costeiras). A ligação entre a porção continental com a ilha acontece através das três pontes que foram construídas sobre um estreito. Na porção continental, onde se encontra o viaduto de acesso à ponte Hercílio Luz os solos predominantes são as areias quartozas e granito Investigações geotécnicas A importância e os métodos utilizados para se realizar investigações geotécnicas foram descritos na seção 2.2 deste trabalho. O ensaio SPT é o mais utilizado no Brasil para a elaboração de projetos de fundação, mas neste estudo de caso se tem rocha presente no solo

45 45 próximo à estaca E5-1 e, por esta razão teve-se de realizar uma sondagem mista. Na Figura 15, verifica-se o boletim de sondagem mista do subsolo mais próximo a estaca estudada. Figura 15 Boletim de sondagem SM-05 Fonte: Adaptado de Arcos Engenharia de Solos (2017)

46 46 Na obra analisada foi realizada sondagem de acordo com as prescrições da NBR 6484/2001, da qual se obtem as seguintes características: A primeira camada é composta de entulhos, se estende até 1,00 m de profundidade; Da profundidade de 1,00 m até 6,00 m tem-se camadas compostas de areia média/grossa, que tem variação de cor (amarelada e cinza escura) e compactação; A partir da profundidade 6,00 m até 10,00 m as camadas são compostas de areia argilosa com cor cinza escuro e diferentes graus de compactação; A oitava camada tem composição de silte arenoso amarelado medianamente compacto e está localizada na profundidade entre 10,00 m até 12,00 m; A nona camada na profundidade de 12,00 m até 16,10 m é composta de silte amarelado compacto; Entre 16,10 m e 19,60 m tem-se uma camada de rocha alterada (granito), bastante fraturada; A última camada é composta de rocha alterada (granito róseo), fraturada, que começa em 19,60 m de profundidade; O nível de água foi identificado a 1,90 m de profundidade; A sondagem foi interrompida em 20,90 m Prova de carga estática A prova de carga estática tem como função, como descrito no item 2.5, verificar o comportamento da fundação executada em relação ao projeto a partir de dados como a capacidade de carga e recalques. Na obra estudada, foi realizado um ensaio estático de carregamento rápido, o qual consite em aplicar a carga em estágios de carga iguais e sucessivos. A regulamentação da NBR 12131/2006 prevê que se tenham pelo menos 20 estágios onde a carga deve ser mantida durante 10 minutos, independentemente da estabilização dos deslocamentos. Cada estágio não deve ser superior a 10% da carga de trabalho prevista para a estaca ensaiada. O ensaio será concluído caso se atinja a carga de ruptura ou a carga máxima programada. Para a realização do ensaio foi utilizado o sistema com células expansivas hidrodinâmicas, que funcionam como macacos hidráulicos dentro do elemento de fundação, e dessa forma utilizam a estaca como sistema de reação. Pode ser feita a introdução de uma ou mais células expansoras no fuste próximo a ponta da estaca.

47 47 Nesta estaca foram utilizadas 4 células expansivas hidrodinâmicas, assim como um manômetro, cinco deflectômetros, uma bomba elétrica, todos estes propriamente aferidos. Para a medição dos deslocamentos foram utilizados extensômetros com leitura direta e precisão de 0,01 mm. Na Figura 16 pode se observar a colocação da armação equipada com as células e na Figura 17, a instrumentação do ensaio. Figura 16 Colocação da armadura equipada com células expansivas Fonte: Adaptado de Arcos Engenharia de Solos (2017) Figura 17 Instrumentação do ensaio Fonte: Adaptado de Arcos Engenharia de Solos (2017)