Análise de Recalques de Edifícios em Solos Melhorados com Estacas de Compactação

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1 Análise de Recalques de Edifícios em Solos Melhorados com Estacas de Compactação Wanessa Cartaxo Soares Mestranda, Departamento de Geotenia, Universidade de São Paulo, São Carlos, Brasil José Carlos A. Cintra Professor Titular, Departamento de Geotenia, Universidade de São Paulo, São Carlos, Brasil Valdês Borges Soares; Wilson Cartaxo Soares Copesolo Estacas e Fudações Ltda., João Pessoa, Brasil RESUMO: As estacas de compactação são freqüentemente utilizadas como método de melhoria de solos arenosos em cidades do litoral nordestino, principalmente João Pessoa e Recife. O processo promove efeitos como o aumento de capacidade de carga e redução de recalques, possibilitando a utilização de sapatas em casos de edifícios em regiões que não permitiriam este tipo de fundação. Neste trabalho é analisada a eficácia do processo de melhoria do solo na redução dos recalques, por meio do monitoramento de cinco edifícios sobre solo melhorado com estacas de compactação na cidade de João Pessoa. Por isso, são comparados os resultados obtidos por meio do monitoramento com recalques estimados para a situação hipotética dos edifícios em solo natural, sem compactação. PALAVRASCHAVE: Estacas de Compactação, Recalques, Método Aoki Lopes. 1 INTRODUÇÃO As estacas de compactação constituem um processo de melhoria de solos no qual uma mistura de materiais como areia, cimento e/ou brita é introduzida em terrenos arenosos por meio de aplicação de grandes energias de compactação. Esta prática é muito comum em algumas cidades do litoral nordestino, principalmente João Pessoa e Recife, onde a execução da estaca é pelo método de vibrodeslocamento. O processo de compactação promove a densificação do solo adjacente, assim como um aumento de resistência e diminuição de compressibilidade. Tais efeitos contribuem para uma majoração de capacidade de carga e redução de recalques, possibilitando a utilização de fundações por sapatas em alguns casos de edifícios em regiões que não permitiriam este tipo de fundação. Em João Pessoa, apesar da grande utilização em diversas obras, são poucos os trabalhos a abordar o comportamento de solos melhorados com tais estacas. Assim, os projetos são baseados principalmente na experiência profissional dos engenheiros atuantes na área. Além de sondagens SPT executadas antes e após a compactação, poucos ensaios insitu ou monitoramento com medições de recalque dos pilares têm sido realizados. Conseqüentemente, tornamse raros os dados disponíveis que permitam a avaliação do desempenho das obras, assim como um melhor entendimento dos efeitos da melhoria. Em pesquisa anterior, realizada por Soares (), comprovouse a majoração da capacidade de carga dos solos compactados por meio de prova de carga em placa. Neste trabalho, são analisados os recalques de cinco edifícios sobre solo melhorado com estacas de compactação na cidade de João Pessoa PB. É analisada a eficácia desse processo de melhoria do solo na redução do recalque dos edifícios. A cota de apoio das estacas variou de 3 a 5 metros de profundidade, e a distância de eixoaeixo das mesmas ficou entre e 11 cm, com disposições que extrapolaram a região sob as sapatas até quase toda a área de projeção do prédio.

2 EDIFÍCIOS MONITORADOS De fevereiro de 1 a fevereiro de, monitoraramse três edifícios, com medições que começaram alguns meses após o início da construção dos mesmos. Foram feitas leituras até o fim das construções dos três, e um pouco além em dois deles. De setembro de a junho de 5, outros dois edifícios foram monitorados, desde o início de suas construções. As leituras foram feitas em três pilares de cada prédio, e os nomes e pavimentos dos edifícios são mostrados na Tabela 1. Tabela 1. Edifícios monitorados e quantidade de pavimentos. Edifício Número de pavimentos Maison des Princes 3 Vale Verzasca Maison Elizabeth 1 Boulevard Manaíra 1 Edifício 17 As Tabelas a mostram o período de monitoramento de cada edifício. Tabela. Início e fim do monitoramento dos edifícios. Edifício Início do Fim do monitoramento monitoramento Fevereiro/1 Fevereiro/ V.Verzasca Fevereiro/1 Fevereiro/ Fevereiro/1 Outubro/ Setembro/ Fevereiro/ Junho/5 Junho/5 Tabela 3. Duração das construções e início de medidas. Edifício Duração da construção Início do monitoramento meses 1º. Mês de construção V.Verzasca 37 meses 9º. Mês de construção 1 meses 5º. Mês de construção 1º. Mês de construção 1º. Mês de construção Tabela. Monitoramento durante e após as construções. Meses Meses monitorados Edifício monitorados após a construção durante a construção 3 V.Verzasca 3 9 Nos locais onde os edifícios foram construídos, observouse a predominância de solo arenoso ao longo da profundidade. As Figuras 1 e mostram os valores de N SPT obtidos em sondagens realizadas antes e após a compactação dos terrenos. Profundidade (m) (a) (b) Figura 1. N SPT s das sondagens realizadas antes da compactação. Profundidade (m) N SPT antes da compactação V. Verzasca N SPT após a compactação (a) V. Verzasca Figura a. N SPT s das sondagens realizadas após a compactação dos terrenos do Maison des Princes, Vale Verzasca e Maison Elizabeth. 3 RESULTADOS E ANÁLISES As Figuras 3 a 7 exibem as curvas tempo x

3 recalque das sapatas cujos pilares foram monitorados. Profundidade (m N SPT após a compactação (b) Figura b. N SPT s das sondagens realizadas após a compactação dos terrenos do Boulevard Manaíra e. Maison des princes Tempo de construção (meses) S S S13 Fim da construção Figura 3. Maison des Princes: curvas tempo x recalque de três sapatas (S e S13: sapatas centrais, S: sapata de Os recalques das sapatas centrais foram maiores que os das de extremidade em todos os cinco casos. Não foi observado nenhum tipo de dano relacionado a essa ordem de grandeza de recalque nos edifícios mencionados, mesmo decorridos mais de dois anos da última leitura e do fim das construções. Para uma análise da evolução dos recalques monitorados de acordo com a aplicação de carga, foi adotada a distribuição de cargas admitida por Gusmão et al.(). Figura. Vale Verzasca: curvas tempo x recalque de três sapatas (S, S3 e S1: sapatas de Maison Elizabeth Vale Verzasca Figura 5. Maison Elizabeth: curvas tempo x recalque de três sapatas (S11: sapata central, S17 e S: sapatas de Boulevard Manaíra Tempo de construção (meses) Tempo de construção t (meses) Fim da construção Tempo de construção t (meses) S1 S7 S1 S S3 S1 S11 S17 S Fim da construção Figura. Boulevard Manaíra: curvas tempo x recalque de três sapatas (S7: sapata central, S1 e S1: sapatas de A Figura mostra o gráfico tempo de moitoramento x carregamento das sapatas dos edifícios. As curvas de tempo de monitoramento x velocidade média dos recalques são exibidas

4 nas Figuras 9 e 1. 1 Tempo de construção (meses) 1 S5 S7 S13 Figura 7. : curvas tempo x recalque de três sapatas (S7: sapata central, S5 e S13: sapatas de Carga (%) 1 1 V. Verzasca 1 3 Tempo de monitoramento (meses) Figura. Tempo de monitoramento x carregamento dos edifícios. As velocidades não chegaram a ultrapassar a taxa de µm/dia, valor mencionado por Alonso (1991) como aceitável para construções sobre fundações diretas por sapatas. As sapatas do Boulevard Manaíra atingiram taxas de 71 µm/dia, assim como a velocidade das sapatas do chegou a 77 µm/dia. Como os recalques das construções do Maison des Princes, Vale Verzasca e Maison Elizabeth não foram medidos desde o início, foi necessário inferir um valor do recalque ocorrido até o início do monitoramento. Para isso, foi utilizada a expressão de Massad (19), desenvolvida do método gráfico de Asaoka (197): ρ = ρ f {1 e (at + b) } (1) em que ρ = recalque, t = tempo, ρ f = recalque estabilizado, e a e b são constantes que definem a forma da curva. Velocidade média de recalque (µm/dia) Tempo de monitoramento(meses) 1 3 V. Verzasca Figura 9. Gráfico tempo de monitoramento x velocidade média de recalque das sapatas do Maison des Princes, Vale Verzasca e Maison Elizabeth. Velocidade média de recalque (µm/dia) Tempo (meses) 1 Figura 1. Gráfico tempo de monitoramento x velocidade média de recalque das sapatas do Boulevard Manaíra e. Ajustandose essa expressão aos pontos medidos na monitoração, obtevese uma dupla extrapolação para cada curva. A extrapolação no sentido decrescente do tempo, até t =, caracteriza a parcela de recalque não monitorado. A extrapolação no sentido crescente do tempo permite avaliar o provável recalque estabilizado. Esse tipo de ajuste que conduz à estabilização dos recalques foi o que forneceu os melhores coeficientes de correlação múltipla (R ) em comparação a outros tipos de polinomiais, quadráticos etc. As Figuras 11 a 13 apresentam as curvas ajustadas. As equações obtidas para cada extrapolação são mostradas na Tabela 5, assim como o R de cada regressão. As parcelas de recalque obtidas com as extrapolações são mostradas na Tabela.

5 Maison des Princes Tempo de construção t (meses) Recalque ρ (mm) 1 S S S13 Figura 11. Maison des Princes: curvas ajustadas. Vale Verzasca Tempo de construção t (meses) Recalque ρ (mm) 1 S S3 S1 Figura 1. Vale Verzasca: curvas ajustadas. Maison Elizabeth Tempo de construção t (meses) Recalque ρ (mm) 1 S11 S17 S Edifício Sapata Equação R S ρ =, (1 e,t ),9 S ρ = 75,17 (1 e,5t ),9 S13 ρ = 7,5 (1 e,5t ),9 V.Verzasca S ρ = 71, (1 e,t ),99 S3 ρ = 9,1 (1 e,t ),99 S1 ρ = 3,1 (1 e,t ),95 S11 ρ = 5,1 (1 e,t ),9 S17 ρ = 31, (1 e,7t ),9 S ρ = 35, (1 e,5t ),9 Tabela. Recalques obtidos com o ajuste. t = até Edifício/ início do Final da sapata Estabilizado monitoramento construção S 1 5 S 5 75 S V.Verzasca S 19 7 S S S S S 3 35 A partir dos recalques medidos nos casos em que ainda houve monitoramento após o término da obra, calcularamse os acréscimos de recalque, em termos percentuais, em relação ao considerado como ocorrido até o fim das construções. Estes são comparados aos valores de acréscimo em relação ao recalque imediato indicados por Schmertmann (197) por meio do fator tempo C, na Figura 1. Acréscimo de recalque (%) Tempo (meses) 1 V. Verzasca Schmertmann (197) Figura 13. Maison Elizabeth: curvas ajustadas. Tabela 5. Equações obtidas com as regressões e R. Figura 1. Acréscimos de recalque. REDUÇÃO DE RECALQUES

6 Estimaramse os recalques dos edifícios pelo método Aoki Lopes (1975), que permite a consideração da influência de todas as sapatas da fundação, nas estimativas de recalque de cada uma delas. Comparandose os valores obtidos da extrapolação com os recalques estimados, foi feita a retroanálise para ajustar a correlação do módulo de deformabilidade com o índice de resistência à penetração das sondagens SPT (N SPT ). Utilizandose essa correlação ajustada mais os valores de N SPT das sondagens realizadas no solo nãocompactado, foi possível estimar os recalques dos mesmos edifícios na situação hipotética de ausência de melhoria do solo. Esses valores foram comparados aos obtidos com o monitoramento e extrapolações, com o intuito de se analisar a redução de recalques entre as situações de solo natural e solo compactado. Os recalques dos edifícios Maison des Princes e Vale Verzasca sofreram reduções em torno de e 5%, respectivamente. O Maison Elizabeth sofreu a menor redução média de recalques, cerca de 3%. O seu terreno natural era mais compacto que o dos outros, o que torna o processo de compactação menos eficaz (Soares, ). CONCLUSÃO Foram analisados os recalques de cinco edifícios sobre solo melhorado com estacas de compactação, monitorados na cidade de João Pessoa PB. Apesar de alguns valores medidos se mostrarem bastante expressivos, não foi observado nenhum tipo de dano relacionado a recalques mesmo decorridos mais de dois anos da última leitura e do fim das construções. Avaliaramse as velocidades de recalques de acordo com o carregamento, assim como foram feitas extrapolações das curvas tempo x recalque medidas. Comparandose os recalques estimados para a situação hipotética de três edifícios em solo natural com os recalques obtidos por meio da extrapolação dos medidos dos mesmos edifícios, avaliouse a redução de recalque entre os dois casos. Observaramse reduções médias em torno de % e 5% para os edifícios Maison des Princes (com 3 pavimentos) e Vale Verzasca (com pavimentos), respectivamente. O solo natural (anterior a compactação) apresentavase pouco compacto, com valores de N SPT menores que 1, o que favoreceu uma maior eficácia ao processo de melhoria. A menor redução obtida foi de 33%, referente ao Maison Elizabeth, que tem 1 pavimentos. Neste caso, o solo natural se mostrou mais compacto em relação aos outros. AGRADECIMENTOS A CAPES pela bolsa concedida para o desenvolvimento dessa pesquisa. REFERÊNCIAS Alonso, U. R. (1995). Previsão e controle das fundações, 1ª. Reimpressão, Ed. Edgard Blutcher Ltda, São Paulo, 1 p. Aoki, N. e Lopes, F.R. (1975). Estimating stress and settlements due to deep foundation, V Conf. Panam. Soil Mechanics and Foundation Engineering, Buenos Aires, Vol 1, p Asaoka, A. (197). Observational Procedure of Settlement Prediction, Soils and Foundations, Japanese Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering, 1 (), Dec p.711. Gusmão, A. D.; Gusmão Filho, A. J.; Maia, G. B. (). Medições de recalque de um prédio em Recife, Simpósio Interação EstruturaSolo Em Edifícios, São Carlos. CD ROM. Massad, F. (19). Método Gráfico Para o Acompanhamento da Evolução dos Recalques com o Tempo, VII Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações, Olinda/Recife, Anais x, p Schmertmann, J. H. (197). Static cone to compute static settlement over sand, Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE, v.9, n.sm.3, pg Soares, W.C. (). Estacas de compactação para melhoria de solo, Dissertação de Mestrado, Programa de PósGraduação em Geotecnia, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, 133p.