Fundações Profundas no Estado do Paraná

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1 Fundações Profundas no Estado do Paraná Olavo, J. M. ENSOLO Engenharia de Solos e Fundações Ltda, Pinhais, Paraná, Brasil, jmolavo@ensolo.com.br Gazda, R. J. ENSOLO Engenharia de Solos e Fundações Ltda, Pinhais, Paraná, Brasil, robertogazda@ensolo.com.br Gazda, M. ENSOLO Engenharia de Solos e Fundações Ltda, Pinhais, Paraná, Brasil, mauricio@ensolo.com.br Resumo: O presente artigo tem como objetivo mostrar o atual estado da prática das fundações profundas no Estado do Paraná. São mostrados os resultados de alguns ensaios, que têm servido para verificar as limitações dos métodos de cálculo adotados e das próprias soluções. Abstract: The present work has the objective of showing the present achievements in the practice of deep foundations in Paraná State. Some test results are presented. These results are compared to the predicted values in order to verify the limits of the current design methods and the limits of the adopted solutions. 1 INTRODUÇÃO As soluções de fundação adotadas no estado do Paraná foram introduzidas há algum tempo e, inicialmente foram testadas para verificação da sua aplicabilidade. Por outro lado, com a evolução nos equipamentos e buscando-se uma solução mais econômica, tais soluções passaram a ser utilizadas em condições além das originalmente adotadas e, portanto, fora da situação para a qual já haviam sido verificadas. Ao longo dos anos, sempre que apareciam dúvidas quanto ao desempenho de uma solução de fundação, eram programadas provas de carga ou controle de recalques, as quais por terem sido executadas em situações de dúvida, pouco contribuíram para o estabelecimento de um padrão normal de desempenho para as fundações. Com o advento da nova norma de fundações (ABNT, 2010), porém, passou-se a se executar provas de carga e ensaios dinâmicos em situações onde as dúvidas eram inexistentes e, inclusive, em alguns casos, foram verificados desempenhos insatisfatórios. Tais ensaios têm contribuído para que as limitações das soluções sejam descobertas e os métodos de cálculo sejam aprimorados. Apresentam-se alguns dos ensaios executados a partir da publicação da nova norma de fundações. Mostra-se a importância da execução das provas de carga para controle de qualidade das obras de fundações. Os ensaios estão divididos por solução e por unidade geotécnica, de modo a facilitar o agrupamento dos mesmos em situações comparáveis entre si. 2 ESTACAS ESCAVADAS NA FORMAÇÃO GUABIROTUBA 2.1 Conceituação Geral A formação Guabirotuba é a unidade geotécnica que cobre a maior parte da bacia sedimentar de Curitiba (Kormann, 2002, E. Salamuni e R. Salamuni, 1999). Esta unidade geotécnica possui a característica de ser constituída por solos sedimentares de granulometria silto-argilosa com um grau de sobreadensamento muito elevado. Isto faz com que possuam uma permeabilidade muito baixa (Felipe, 1999) e o caracteriza como sendo um aquitardo (Fiori e E. Salamuni, 2012). As características acima favorecem o uso de estacas escavadas a céu aberto (L. H. F. Olavo et al., 2012). Segundo Kormann a mesma é a solução mais adotada na região de Curitiba. Esta solução foi introduzida na cidade no final da década de 1970, incluindo a realização de algumas provas de carga. Atualmente, porém são utilizados equipamentos de maior porte e as estacas estão sendo executadas em 1

2 solos de maior competência. São mostrados alguns ensaios executados nesta situação Obra de um Condomínio Residencial no bairro Hugo Lange Trata-se de uma obra de dois edifícios residenciais, com 6 pavimentos mais um subsolo, localizada na esquina da Rua Presidente Rodrigo Otávio com a Rua Deputado Carneiro de Campos, no bairro Hugo Lange, em Curitiba, Paraná. Observou-se nas sondagens que o solo era pertencente à formação Guabirotuba e caracterizado por argila siltosa cinza e marrom. Observou-se também que o nível d água era bastante elevado, pouco acima da cota de escavação. Concluiu-se que se tratava de um lençol flutuante, existente apenas sobre o Guabirotuba, fato este que foi confirmado após a escavação da obra. Como as edificações vizinhas possuíam seus terrenos em níveis próximos ao da cota de escavação, não foi prevista a execução de uma cortina de contenção a priori. Apenas nos dois alinhamentos prediais foram previstos taludes provisórios e cortinas moldadas in loco. Durante a escavação foi observada a presença de um solo úmido superficialmente e, na cota de escavação, um solo argilo-siltoso com uma umidade natural baixa, pertencente à formação Guabirotuba. Próximo à superfície do terreno o solo possuía algum sinal de laterização, incluindo a coloração marrom, porém poucos metros abaixo estas características desapareciam, inclusive com a mudança da cor do solo para cinza. Com base nestas informações foi feito o projeto de fundação em estacas escavadas a céu aberto, sem o uso de revestimento ou de fluido estabilizante. As estacas haviam sido dimensionadas com base no método de Decourt-Quaresma (Decourt e Quaresma, 1978), sem o uso dos coeficientes de correção para atrito lateral e ponta, conforme era a prática local. Isto era feito desta forma uma vez que as provas de carga executadas no início do uso das estacas escavadas mostraram bons resultados para estacas dimensionadas desta forma (L. H. F. Olavo et. al., 2012). Como a obra possuía 107 estacas, foi especificada ainda na fase de projeto que fosse feita uma prova de carga estática em uma estaca escolhida ao acaso, conforme a norma de fundações NBR 6122/2010. A obra contava com estacas com diâmetro entre 25 e 60 cm e comprimentos entre oito e doze metros e possuíam uma tensão máxima atuante no fuste das estacas sob carga de trabalho de 5,0 MPa. As sondagens da obra estão indicadas na Figura 1. A prova de carga estática foi executada em uma estaca de 30 cm de diâmetro e comprimento útil de 8,0 metros. A carga foi aplicada com um cilindro hidráulico com capacidade de 1000 kn e foi lida através de uma célula de carga com capacidade de Figura 1: Valores de NSPT para obra do Hugo Lange kn. A prova de carga foi executada com carregamento lento, conforme a NBR (ABNT, 2007). Uma foto da prova de carga pode ser vista na figura 2. Figura 2: Execução da prova de carga na obra do bairro Hugo Lange (ENSOLO, 2011a). A carga de ensaio prevista, igual ao dobro da carga de trabalho, foi de 480 kn. Porém, quando foi aplicada uma carga de 260 kn, observou-se que uma das estacas de reação havia rompido, apresentando deformações excessivas. O recalque da estaca ensaiada era ainda de 5,6mm, equivalente ao diâmetro da estaca dividido por 53, ou seja, ainda não havia sido atingido o limite para ruptura convencional determinado pela norma de fundações. A figura 3 mostra a curva carga-recalque obtida. 2

3 Figura 3: Curva carga-recalque da prova de carga executada na estaca da obra do Condomínio Residencial localizado no bairro Hugo Lange. Desta forma, partiu-se para a análise da prova de carga através do método da rigidez, proposto por Decourt (1996). A escolha de tal método deveu-se ao fato de tratar-se de uma estaca escavada em primeiro carregamento, portanto sem tensões residuais, indicando ser este um método válido para análise, conforme avaliação de Massad (2008). Lançando-se a rigidez no gráfico, observa-se um comportamento linear, indicando pouca influência da ponta da estaca. A reta ajustada às rigidezes obtidas no ensaio foi prolongada até o eixo das abcissas, resultando numa estimativa do valor do atrito lateral da estaca, conforme proposição de Decourt. O gráfico de rigidez desta estaca pode ser visto na figura 4. de 431 kn, o que indica que o resultado medido foi de aproximadamente 71% do previsto. Mais grave que este fato foi que a estaca de reação não suportou a carga aplicada. A estaca de reação possuía o mesmo diâmetro da estaca ensaiada, porém um comprimento de sete metros. Fazendo-se uma análise comparativa com o resultado do ensaio, esperava-se uma carga de ruptura à compressão de cerca de 260 kn para o atrito lateral de uma estaca com o comprimento de sete metros. Como ela rompeu quando a carga aplicada era de 260 kn e a reação era feita com duas estacas, a estaca rompeu à tração com uma carga igual à esperada para a compressão dividida por dois e não 1,40 como consta na NBR Mesmo atendendo-se a este item da norma, pode-se ir contra a segurança quando se dimensionam estacas à tração Obra de um Edifício Residencial no bairro Vila Isabel Esta obra consiste em um edifício residencial, dotado de seis pavimentos sobre o térreo e mais um subsolo. A obra localiza-se na Rua Irati, número 440, fazendo frente também para a Rua Joaquim Caetano da Silva, paralela à Rua Irati, no bairro Vila Isabel, em Curitiba, Paraná. Uma foto da obra sendo executada encontra-se na figura 5. Figura 4: Gráfico de rigidez para a prova de carga executada na obra do bairro Hugo Lange Foi obtido para o atrito lateral desta estaca o valor de 307 kn. Este valor era inferior ao previsto inicialmente para esta estaca, o que levou à reavaliação de todo o estaqueamento da obra. Observou-se que nenhuma das estacas da obra tinha carga chegando à sua ponta na situação de trabalho nesta nova situação, atendendo à exigência da norma de fundações de que ao menos 80% da carga de trabalho seja suportada pelo atrito lateral. Desta forma o estaqueamento foi considerado suficiente. Quando foi feita uma comparação do resultado do ensaio com as previsões, observou-se que a previsão inicial para o atrito lateral desta estaca era 3 Figura 5: Execução das estacas de fundação da obra da Rua Irati (ENSOLO 2011b) A obra possui 144 estacas escavadas a céu aberto, com diâmetros entre 25 cm e 50 cm e comprimentos entre três e treze metros, além de cortinas de contenção nas duas divisas laterais. Por este motivo foi especificada a execução de duas provas de carga estáticas, em cumprimento às exigências da norma de fundações. As sondagens executadas indicaram a presença de solo da formação Guabirotuba e indicaram o nível d água a cerca de 6 metros de profundidade. Antes do início dos serviços foram executadas perfurações de viabilidade para confirmar a existência deste lençol freático e o mesmo não foi

4 encontrado. Acredita-se que a água indicada seja decorrente do próprio processo de perfuração da sondagem. As sondagens da obra estão indicadas na figura 6. Como a obra teria provas de carga, optou-se, como critério de projeto, por adotar como máxima uma tensão média sob carga de trabalho de 5,0 MPa. A primeira prova de carga estática foi executada em uma estaca com diâmetro de 40 cm e comprimento útil de dez metros. A reação foi feita com duas estacas de 40 cm de diâmetro e comprimento de 10 metros, armadas com barras de tirantes marca Incotep de 36 mm. Esta prova de carga foi do tipo lento e foi levada até uma carga de ensaio de 894 kn, equivalente ao dobro da carga de trabalho da estaca. A segunda prova de carga estática foi executada em uma estaca com diâmetro de 50 cm e comprimento de doze metros. A reação foi feita com quatro estacas de 40 cm de diâmetro e oito metros de comprimento, armadas com barras de tirantes marca Resinex, de 32 mm. Esta prova de carga também foi do tipo lento e foi levada até uma carga de ensaio de 1230 kn, equivalente ao dobro da carga de trabalho da estaca. a dois. Os gráficos carga-deslocamento estão representados nas figuras 7 e 8. Figura 7: Curva carga-recalque da prova de carga executada na estaca de 40 cm de diâmetro e comprimento de dez metros. Figura 8: Curva carga-recalque da prova de carga executada na estaca de 50 cm de diâmetro e comprimento de doze metros. Figura 6: Valores de N SPT para obra na Vila Isabel. Para ambas as provas de carga, as cargas foram medidas com o uso de célula de carga e os deslocamentos foram medidos com o uso de quatro relógios comparadores com precisão de centésimo de milímetro, dispostos diametralmente opostos dois Observam-se os pequenos deslocamentos atingidos por ambas as estacas durante os ensaios. A primeira estaca ficou com um recalque sob a carga de ensaio de apenas 0,70mm e a segunda ficou com um recalque sob carga de ensaio de 2,62mm. Ambas as estacas tiveram deslocamentos permanentes baixos, de 0,02mm para a primeira e de 0,11mm para a segunda, medidos após a estabilização dos deslocamentos após a descarga completa das estacas. O fato de ambas as estacas terem deslocamentos pequenos torna pouco precisa a previsão da capacidade de carga através de métodos de extrapolação da curva carga-recalque. Mesmo assim, foi aplicado o método da Rigidez, de modo a se obter um valor para a resistência por atrito lateral para comparação com os métodos de cálculo. Os gráficos mostrando a carga versus rigidez para as duas estacas encontram-se nas figuras 9 e 10. Para o primeiro gráfico foram excluídos da análise o primeiro e o último estágio de carga por apresentarem-se discordantes dos demais pontos. Apesar da imprecisão, foi feita a extrapolação da resistência por atrito lateral para as duas estacas. A estaca de 40 cm de diâmetro e dez metros de comprimento tem uma resistência por atrito lateral prevista de 1532kN e a estaca de 50cm de diâmetro 4

5 Figura 9: Gráfico carga-rigidez para a primeira prova de carga (estaca de 40 cm de diâmetro e dez metros de comprimento). Trata-se de uma obra de um condomínio residencial, padrão Minha Casa, Minha Vida. A obra possui dois blocos situados próximos a um talude de cerca de dez metros de altura. Os edifícios são relativamente baixos, com três pavimentos, sem subsolos, feitos com alvenaria estrutural de blocos cerâmicos, portanto sensíveis a recalques. A obra foi executada com um volume mínimo de terraplenagem, de modo a evitar a retirada ou importação de solo, possuindo desta forma pequenas quantidades de aterro e pequenas quantidades de corte. As sondagens são apresentadas na figura 11 e indicaram a presença de solo da formação Guabirotuba, consistindo em argila siltosa cinza clara. Superficialmente foram encontradas algumas camadas de solo amarelado, o qual indica algum processo de laterização. Um dos furos de sondagem encontrou uma concreção carbonática aos 11 metros. Figura 10: Gráfico carga-rigidez para a prova de carga executada na estaca de 50 cm de diâmetro e comprimento de doze metros. e doze metros de comprimento tem uma resistência por atrito lateral prevista de 1406 kn. Comparando-se com o método de Decourt- Quaresma, aplicado sem coeficientes de correção para atrito lateral, aplicado ao furo de sondagem mais próximo à estaca ensaiada, obtemos uma resistência calculada de 801 kn para a estaca de 40cm diâmetro e 1093 kn para a estaca de 50 cm. Com isto, conclui-se que para ambas as estacas, o método de cálculo de Decourt-Quaresma sem coeficientes de correção para o atrito lateral ficou a favor da segurança. Para a primeira estaca, o atrito lateral extrapolado foi 91% superior ao previsto, enquanto para a segunda estaca o atrito extrapolado foi 29% superior ao previsto. Ressalta-se que devido ao fato de as deformações medidas terem sido pequenas, os valores de rigidez possuem pouca precisão, explicando em parte o motivo da estaca de 40cm ter ficado com uma resistência superior à estaca de 50cm Conjunto Habitacional no Município de Colombo Figura 11: Sondagens da obra de Colombo. Inicialmente, na etapa de projeto, foi realizada uma análise do talude adjacente à obra. Conclui-se que o talude possui um coeficiente de segurança adequado e baixa probabilidade de ruptura. Entretanto, devido às características da obra em si, previu-se a provável superfície crítica para ruína do mesmo e as estacas de fundação dos blocos foram dimensionadas considerando-se os esforços decorrentes de alguma deformação eventual deste talude. Como a estaca mais próxima ao mesmo distava cerca de 7 metros do talude, concluiu-se que esta superfície passa a cerca de 5 metros de 5

6 profundidade. As estacas de fundação dos blocos foram dimensionadas com diâmetro de 40 cm e armadas com 8 barras de 10mm com comprimento de seis metros e os primeiros seis metros da estaca foram desprezados para a resistência por atrito lateral. Apesar do edifício também ter estacas mais distantes do talude, todas as estacas do mesmo foram dimensionadas conforme o mesmo critério, para que fossem evitados recalques diferenciais. Devido à quantidade de estacas para os dois blocos (260 no total), foram programadas três provas de carga estáticas. Em virtude do baixo nível de carregamento das cargas, chegou-se a custos baixos para a execução das provas de carga, incluindo as suas reações. Por conta da quantidade, optou-se por executar duas provas de carga rápidas e uma lenta e comparar os resultados. Devido aos critérios de projeto adotados e, como foi constatado nas provas de carga, existe uma folga acima do normal e ainda se está longe da ruptura. Por este motivo, não foram feitas comparações com os métodos de previsão de resistência. As provas de carga foram levadas até o dobro da carga de trabalho das estacas. A primeira foi executada em uma estaca de 12 metros e foi levada até uma carga de 400 kn e foi do tipo rápido. A curva carga-recalque encontra-se na figura 12. A segunda foi executada em uma estaca de onze metros e foi levada até uma carga de 246 kn e também foi do tipo rápido. Este ensaio está representado na figura 13. A terceira foi executada em uma estaca de 12 metros e foi levada até uma carga de 216 kn. Este ensaio foi do tipo lento e encontra-se representado na figura 14. Observando-se o gráfico carga-recalque da prova de carga lenta (figura 14), observa-se uma deformação significativa no último estágio de carga, quando a carga é mantida por um período mínimo de doze horas. Este é um bom indício de que a velocidade de carregamento da estaca e, por consequência, a parcela dependente do tempo dos recalques tem importância. Observa-se, porém que os deslocamentos estão baixos, o que faz com que se perca precisão nas leituras. Figura 13: Prova de carga rápida sobre estaca de 40 cm de diâmetro e 11 metros de comprimento. Figura 14: Prova de carga lenta sobre estaca de 40 cm de diâmetro e 12 metros de comprimento. Comparando-se a prova de carga lenta com as rápidas, é nítido que a prova de carga lenta ficou mais rígida que a segunda prova de carga rápida, que foi levada a uma carga de ensaio semelhante, pois enquanto a prova de carga lenta, para uma carga de 216 kn ficou com um recalque de 0,64 mm, a prova rápida, no estágio de 221 kn ficou com um recalque de 0,80 mm. Deve-se lembrar, porém, que a prova de carga rápida, neste caso, foi feita em uma estaca mais curta que a lenta. Caso sejam comparados os resultados das duas provas de carga para as estacas de mesmo comprimento, observa-se que a prova de carga rápida, no estágio de carregamento de 200 kn ficou com um recalque de 0,46 mm e no estágio de 220 kn ficou com um recalque de 0,68 mm, portanto não distando em muito do ensaio lento (cerca de 70%). Como as comparações foram feitas com um ensaio apenas, deve-se considerar tal parâmetro apenas como orientativo e procurar realizar mais ensaios para comparações mais conclusivas Comparação dos ensaios Figura 12: Prova de carga rápida sobre estaca de 40 cm de diâmetro e 12 metros de comprimento. Observa-se grande dispersão entre os resultados dos ensaios no tocante aos valores medidos de atrito lateral e previstos pelos métodos de cálculo. Isto faz com que seja preciso estudar mais detalhadamente os métodos de cálculo e os seus parâmetros a serem calibrados. Como a obra que apresentou o pior 6

7 resultado localiza-se onde a sondagem indicou o solo mais resistente, acredita-se que o problema pode estar associado à tensão de aderência máxima entre a estaca e o solo. Um valor que parece razoável é o valor citado por Alonso (2000) para as estacas de hélice contínua na formação Guabirotuba, de 80 kpa. Devido a esta mesma variabilidade, sugere-se que a calibração de um método de cálculo para as estacas escavadas na formação Guabirotuba seja feita com base em conceitos estatísticos, buscandose a menor dispersão entre os valores previstos e medidos. A comparação das provas de carga rápidas com a prova lenta não pode ser feita em termos de resistências últimas, uma vez que nenhum dos ensaios foi levado até cargas próximas da ruptura, porém a comparação entre os valores de deformação indicou que as medições são próximas, pelo menos para deformações pequenas, porém, conforme esperado, a prova rápida conduziu a um ensaio mais rígido. ser tão rígido quanto necessário e pode ser calibrado com base nos parâmetros obtidos nos ensaios dinâmicos. 4 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS EM SOLOS RESIDUAIS 4.1 Conceituação Geral A obra apresentada localiza-se em Curitiba, Paraná, na esquina da pista lateral da Avenida Comendador Franco com a pista sul da Linha Verde. O edifício em questão tem oito pavimentos e sua fundação contemplava 394 estacas pré-moldadas com seções de 18x18 cm a 35x35 cm para cargas que chegavam a 1220 kn. Uma foto da obra pode ser vista na figura ESTACAS PRÉ-MOLDADAS EM SOLOS MOLES 3.1 Conceituação Geral As estacas pré-moldadas têm sido bastante utilizadas nas regiões de solos moles. Estes solos têm origem no período Quaternário e são solos bastante recentes do ponto de vista geológico. Possuem origem aluvionar e estão presentes ou em áreas de inundação dos rios locais ou em áreas que eram inundáveis (Fiori e Salamuni, 2012). M. Gazda et. al. (2012) mostraram dois casos de obras onde os resultados de ensaios de carregamento dinâmico efetuados conduziram a resultados abaixo do previsto pelos métodos de cálculo nestes solos. Em ambas as obras o que foi observado foi que as estacas pré-moldadas ficaram com negas altas e apresentaram baixa recuperação, ficando com negas altas mesmo após a ocorrência do set-up. Em ambas as obras, observou-se a camada de solo mole envolvendo a maior parte do fuste das estacas. Se por um lado obras de maior porte costumam prescindir de estacas de maior capacidade que raramente dependem bastante do solo mole, obras de menor porte podem ter suas fundações dimensionadas totalmente dentro da camada de solo mole, situação em que os métodos de cálculo conduzem a valores contra a segurança, criando um risco à sociedade e aos seus ocupantes. Recomendase que, nestas situações, sejam feitos ensaios dinâmicos mesmo que a quantidade de estacas da obra seja inferior ao limite indicado na norma de fundações, para possibilitar a aferição dos métodos de cálculo adotados e a minimização dos riscos. Faz-se importante também a definição de um critério de nega a ser perseguido. Tal critério deve Figura 15: Foto da obra localizada na Av. Comendador Franco (ENSOLO, 2011c) Foram realizadas sondagens a percussão que acusaram a presença de solos da Formação Guabirotuba, com espessura média de 10,0 metros, para adentrar em uma camada de solo residual do migmatito até o limite das sondagens, impenetrável à percussão, com uma espessura média de 5,5 m. As sondagens são apresentadas na figura 16. Figura 16: Sondagens da obra da Av. Com. Franco. 7

8 4.2 Campanha de ensaios Devido ao número de estacas da obra e para atender à norma de fundações, foram ensaiadas na obra 17 estacas, sendo 16 com ensaios carregamento dinâmicos e uma com prova de carga estática. A prova de estática foi realizada em uma estaca de seção quadrada de 20x20 cm, com comprimento de 12,00 metros e para uma carga de trabalho de 320 kn e levada até uma carga de ensaio de 640 kn. Como reações da prova de carga, foram executados dois tirantes verticais com um embutimento de 1,5 metro em rocha e armados com barra Resinex de 38 mm. A carga foi aplicada com um cilindro hidráulico com capacidade de 1000 kn e lida através de uma célula de carga com capacidade de 2000 kn, sendo ela executada com carregamento lento, conforme a NBR (ABNT, 2007). Devido a uma queda de energia durante a execução da prova de carga estática, o ensaio teve que ser interrompido com 512 kn (antepenúltimo estágio de carga) para descarregar, estabilizar os deslocamentos e retomar deste mesmo estágio a prova de carga. No último estágio de carga, a 640 kn, a estaca rompeu o atrito e entrou em cravação estática. Recalque (mm) Figura 17: Prova de carga lenta sobre estaca de seção 20x20 cm e 12 metros de comprimento. Um dos ensaios de carregamento dinâmico foi realizado em estaca próxima à da prova de carga estática, com mesma seção transversal e comprimento cravado similar (11,70 metros) e seus resultados são apresentados nas tabelas 1 e 2. Tabela 1 Valores de resistência obtidos para a estaca ensaiada próximo à prova de carga estática. Estaca Seção Atrito Ponta Total (cm) (kn) (kn) (kn) E22 20x Tabela 2 Valores de Quake para este ensaio Estaca Quake lateral Quake ponta (mm) (mm) E22 1,048 4, ,0 1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 9,0 10,5 12,0 13,5 15,0 16,5 Carga (kn) Esta estaca foi a última ensaiada na obra, sendo que duas estacas testes foram cravadas antes do início dos serviços de fundação e os demais ensaios foram realizados no decorrer da obra. Na tabela 3 são apresentados os resultados de todos os ensaios realizados, e na tabela 4 são apresentados os valores de quake para as estacas ensaiadas. Em ambas as tabelas, o número do golpe analisado precedido da letra R representa o número de golpe para ensaio de recravação da estaca, enquanto que as demais estacas sem prefixo algum no número de golpe indica que o ensaio foi realizado durante a cravação. Tabela 3 Valores de resistência obtidos para as estacas ensaiadas na obra. Estaca Seção (cm) Golpe Atrito (kn) Ponta (kn) Total (kn) E22 20x20 R P10B 30x P12CB 22x22 R P12CB 22x22 R P13A 30x P21I 25x P21I 25x25 R P25A 25x P25A 25x25 R P37C 22x22 R P40A 25x P40A 25x25 R P42A 25x P42A 25x25 R P55B 25x25 R P68E 25x25 R P69G 25x P70I 25x25 R P75B 25x P75B 25x25 R Teste1 25x Teste1 25x25 R Teste2 22x Teste2 22x22 R Tabela 4 Valores de Quake para estacas ensaiadas. Estaca Seção (cm) Golpe Q. lateral (mm) Q. Ponta (mm) E22 20x20 R9 4,480 1,048 P10B 30x ,500 1,041 P12CB 22x22 R20 1,180 1,067 P12CB 22x22 R27 6,038 1,834 P13A 30x ,540 2,540 P21I 25x ,950 1,004 P21I 25x25 R29 3,792 2,370 P25A 25x ,772 0,230 P25A 25x25 R27 1,641 0,317 P37C 22x22 R16 2,145 0,282 P40A 25x ,843 5,897 P40A 25x25 R30 1,601 0,685 P42A 25x ,587 0,698

9 P42A 25x25 R18 2,384 2,059 P55B 25x25 R23 1,779 0,379 P68E 25x25 R18 1,839 0,604 P69G 25x ,653 4,235 P70I 25x25 R22 2,367 0,313 P75B 25x ,762 1,063 P75B 25x25 R41 6,696 1,004 Teste1 25x ,500 6,708 Teste1 25x25 R4 5,453 2,604 Teste2 22x ,151 1,097 Teste2 22x22 R11 7,430 1, Comparação dos Resultados Estacas ensaiadas na cravação e na recravação apresentaram um ganho incremental de resistência, representando bem o set-up no período decorrido entre fim de cravação e recravação, sendo que a resistência por atrito lateral sofreu um acréscimo que variou de 51% a 146% entre as estacas ensaiadas, sendo que os maiores ganhos se deram nas estacas de teste, que tiveram maior tempo de set-up. Observa-se, também, que as estacas ensaiadas na cravação e na recravação obtiveram resistências de ponta menores no último ensaio executado, levando a crer que não foi mobilizada a resistência última das estacas. Ainda, em alguns casos que foram analisados golpes diferentes, observou-se o desenvolvimento da resistência de ponta em golpes aplicados posteriormente e a conseqüente redução da resistência por atrito lateral, bem como a respectiva redução do quake lateral o aumento do quake de ponta, indicando que a estaca rompeu o atrito e entrou em regime de cravação e, ainda, que a resistência última poderia ser dada pela soma das resistências lateral e de ponta de golpes diferentes. Por fim, a comparação de uma prova de carga estática com um ensaio de carregamento dinâmico apresentou um valor de resistência 38% superior deste em relação ao ensaio estático, considerando como carga última da prova de carga o valor de 640 kn, que conduziu a deslocamentos exagerados. Ressalta-se que ambas as estacas têm o mesmo tempo de set-up e o mesmo critério de cravação. 5 ESTACAS METÁLICAS EM SOLOS RESIDUAIS 5.1 Conceituação Geral Apresentam-se neste item quatro casos de obras em Curitiba, Paraná, em solos residuais de gnaisse e migmatito. As quatro obras foram previstas em estacas metálicas devido à possibilidade de empregar cargas elevadas por estaca, ou devido à pequena espessura de solo, que faz com que se opte por uma solução capaz de transmitir cargas elevadas pela sua ponta, o que acaba na maioria das vezes conduzindo a uma solução com estacas cravadas, sendo que por vezes o solo é de elevada resistência, o que impossibilita o uso de estacas pré-moldadas de concreto ou ainda por se tratar de obras com restrição de acesso a equipamentos, exigindo muitas emendas nas estacas. 5.2 Edifício Comercial no bairro Batel Trata-se de uma obra de um edifício comercial alto, com uma grande escavação, localizado na Rua Dom Pedro II, 183, no bairro do Batel, em Curitiba, Paraná, onde foram especificadas estacas metálicas constituídas por perfis laminados da série HP, todos com 310 mm de altura e massa por metro variando entre 79 kg e 125 kg. Uma foto desta obra pode ser vista na figura 18. Figura 18: Foto da obra localizada no bairro Batel (ENSOLO 2011d). Foram executados na obra furos de sondagem SPT e com o era prevista uma escavação grande e as cargas do edifício eram elevadas, a campanha de sondagem foi complementada com sondagens rotativas. Nota-se que o impenetrável das sondagens SPT estava a uma profundidade de aproximadamente onze metros a partir da cota de escavação. As sondagens rotativas indicaram a presença de gnaisse fraturado, com as fraturas na maior parte diagonais, com recuperação entre 6% e 80%. A sondagem SPT inicial indicou a provável presença de matacões, o que foi confirmado pelas sondagens rotativas complementares. Os valores de SPT para esta obra são indicados na figura 19. Especificou-se, inicialmente, um critério de nega que foi adotado para a cravação das primeiras estacas. A obra contemplava 95 estacas, mas como eram estacas para grande capacidade de carga, cinco ensaios de carregamento dinâmico incorporaram a solução de fundação a fim de confirmar o desempenho das estacas, sendo o primeiro deles executado tão breve o possível. 9

10 Figura 19: Valores de SPT para a obra localizada no bairro Batel, em Curitiba, Paraná. Contudo, como as estacas atingiam as negas especificadas e ainda estavam cravando cerca de 4 metros além do impenetrável das sondagens à percussão, a construtora concretou dez blocos de coroamento antes da execução deste ensaio. Durante o ensaio dinâmico, a estaca ensaiada voltou ao regime de cravação com uma carga ainda inferior à sua carga de trabalho. A análise do ensaio indicou que a estaca precisava de um deslocamento grande da sua ponta para desenvolver toda a sua resistência (quake de ponta), o que dissipou a energia do martelo e fez com que as negas se fechassem mesmo antes de se chegar à resistência necessária. Este fato mostra a importância de se realizar os ensaios previstos na norma de fundações, mesmo quando não houver dúvidas quanto ao desempenho das estacas. Os resultados deste ensaio encontram-se nas tabelas 5 e 6. Tabela 5 Valores de resistência obtidos para a primeira estaca ensaiada na obra do Batel. Estaca Bitola Perfil Atrito Ponta Total (kn) (kn) (kn) P18B HP 310x Nota: Carga de trabalho desta estaca de 1900 kn Tabela 6 Valores de Quake para este ensaio Estaca Quake lateral Quake ponta (mm) (mm) P18B 7,472 13,386 Após este primeiro ensaio, as negas foram revistas e foram recalculadas usando os valores medidos neste primeiro para os parâmetros de resistência, de deformação limite (quake) e de amortecimento, usando-se para isto um software baseado na equação da onda (GRLWEAP). Os dez blocos que já haviam sido concretados foram demolidos e as estacas já cravadas foram emendadas e recravadas, tendo sido cravadas além da cota onde inicialmente tinham sido paralisadas mais cerca de três metros. Adicionalmente, o cliente passou a exigir que fosse feito um ensaio de carregamento dinâmico em cada bloco para liberação para arrasamento das estacas e execução do bloco. Tal medida mostra a importância de se realizarem os ensaios de carregamento logo no início da obra. Após a alteração do critério de negas, todas as estacas atingiram a resistência necessária. A título de informação, cita-se que a nega especificada inicialmente para os perfis HP 310x125, com um martelo de 2500 kg de massa, era de 1mm por golpe com o martelo a 2 metros de altura e após os ensaios a nega para este perfil passou a ser de 0,3mm por golpe com o martelo a 3,50 metros de altura. Adicionalmente passou-se a trabalhar com um martelo de 4000 kg de massa na obra. Este martelo possui massa 80% superior à massa da estaca mais pesada da obra (HP 310x125 com 18 metros de comprimento), indicando que o critério apresentado na norma de fundações para dimensionamento do martelo de cravação pode não ser o mais adequado. Neste caso, parece ser mais indicado o critério adotado para realização de ensaios dinâmicos, que determina que o martelo a ser utilizado deva ter peso entre 1 e 2% da carga a ser mobilizada, para o caso destas estacas, de 3800 kn. Assim que começaram os ensaios posteriores, pôde-se observar que as estacas nem sempre atingiam a maior carga por atrito lateral no mesmo golpe que a maior resistência de ponta. Uma possível explicação para isto são as altas deformações necessárias para a completa mobilização da resistência de ponta. Em um golpe de menor energia, esgota-se o atrito lateral e rompese o set-up, porém o nível de deformação necessário para isto aconteça ainda não é suficiente para a mobilização total da resistência de ponta. O golpe seguinte, com energia maior, possui energia para mobilizar a resistência de ponta, porém o set-up do atrito lateral já se encontra rompido e a resistência por atrito abaixo da máxima. A tabela 7 mostra as resistências obtidas para as estacas ensaiadas na obra. Para algumas estacas, mais de um golpe foi analisado pelo método CAPWAP e todas as análises são mostradas. 10

11 Tabela 7 - Valores de capacidade de carga obtidos para as estacas ensaiadas após correção do critério de nega na obra do Batel Estaca Bitola Golpe Atrito Ponta Total (kn) (kn) (kn) P18B 310x P14B 310x P3A 310x P3A 310x P1B 310x P1B 310x P2A 310x P31 310x P31 310x P31 310x P32 310x P33 310x P33 310x P12A 310x P12A 310x P12A 310x P17A 310x P17A 310x P34 310x P34 310x P34 310x P34 310x P24A 310x P24A 310x P24A 310x P24A 310x P36 310x P36 310x P36 310x P36 310x P37 310x P37 310x P37 310x P37 310x P25B 310x P25B 310x P25B 310x P25B 310x P26B 310x P26B 310x P35A 310x P35A 310x P35A 310x P11A 310x P23A 310x P23A 310x P23A 310x P9A 310x P6B 310x P10B 310x P22B 310x P22B 310x P22B 310x P8 310x P8 310x PC2 310x PC2 310x PC2 310x P5B 310x P5B 310x P5B 310x P5B 310x P4A 310x P15B 310x P15B 310x P16A 310x P16A 310x P16A 310x P16A 310x P16A 310x P16A 310x P20A 310x P21B 310x P21B 310x P21B 310x P21B 310x P21B 310x P21B 310x P27B 310x P27B 310x P27B 310x P27B 310x P27B 310x P28B 310x P28B 310x P28B 310x P29B 310x P29B 310x P30A 310x P30A 310x Com o objetivo de se aproveitar segmentos de perfil que já estavam na obra, algumas estacas foram compostas com mais de um tipo de perfil. Durante o ensaio o que se observou foi que quando se variava a seção da estaca ocorre, também, a variação da impedância desta e as curvas de força e velocidade de partícula deixam de ser proporcionais. O resultado de campo, através do método CASE ou ICAP, deixa de ser válido, pois é uma premissa destes métodos que a estaca possui seção uniforme ao longo do seu comprimento. Tal fato deve ser cuidadosamente analisado quando é feito um ensaio de carregamento dinâmico em uma estaca moldada in loco, pois nestes casos raramente a estaca possui seção constante com a profundidade e, além disso, a velocidade de onda para o concreto também varia com a resistência do mesmo. A figura 20 mostra os sinais de força e velocidade para uma estaca que possui variação de impedância ao longo do seu comprimento. No caso das estacas da obra, era conhecido de antemão que isto ocorreria e em qual profundidade, possibilitando que a variação de impedância fosse incorporada ao modelo analisado. 11

12 Figura 20: Ensaio de carregamento dinâmico em estaca com variação de seção, mostrando a não proporcionalidade dos sinais de força e velocidade. Observando-se o resultado das análises CAPWAP da estaca do P37, a qual possui seção em perfil HP 310x110 nos primeiros 5,60 metros e perfil HP 310x79 nos 14,40 metros restantes, considerando-se inicialmente uma estaca com seção uniforme com a profundidade em perfil HP 310x79 e, depois, considerando-se a variação de seção, obtiveram-se os resultados apresentados na tabela 8. Tabela 8 Valores de resistência para a estaca do pilar P37, com e sem a consideração da variação de seção Estaca Variação Golpe Atrito Ponta Total de Seção (kn) (kn) (kn) P37 Não P37 Não P37 Não P37 Não P37 Sim P37 Sim P37 Sim P37 sim Figura 21: Execução de fundação da obra localizada no Cristo Rei (ENSOLO 2012a). eram significativas, a solução escolhida para a fundação foi em estacas metálicas, as quais obtiveram negas rígidas em profundidades entre 6,50 e 10,00 metros abaixo da cota de escavação, sempre com negas entre 0,0 e 0,3 mm por golpe. As sondagens que serviram de base para o projeto indicavam a presença de solos moles superficialmente, possivelmente de origem aluvionar uma vez que a obra é próxima a um canal natural de drenagem. Subjacente a esta camada, as sondagens indicavam solo da formação Guabirotuba e em seguida, a uma profundidade entre 7 e 9 metros, o solo residual. Não foram feitas sondagens rotativas. A figura 21 mostra os valores de N SPT com a profundidade para as sondagens executadas. Apesar do número de estacas da obra ainda estar abaixo de 100, por conta das dúvidas que surgiram Observa-se que, neste caso, a não consideração conduziu a resultados a favor da segurança, porém isto não pode ser considerado como regra geral. Sempre que houver variações de seção ao longo de uma estaca ensaiada dinamicamente, esta variação deve ser considerada na análise e isto deve ser aplicado principalmente a estacas moldadas in loco. 5.3 Edifício Residencial no Cristo Rei Trata-se de uma obra de um edifício residencial, contendo dois subsolos e mais oito pavimentos sobre o térreo, localizado na esquina da Rua Sen. Affonso Camargo com a Rua Schiller, no bairro Cristo Rei, em Curitiba, Paraná. Uma foto da obra durante a sua execução pode ser vista na figura 21. Como o impenetrável das sondagens estava a uma profundidade de cerca de sete metros abaixo da cota de escavação, em um solo de resistência muito variável e as cargas atuantes nos pilares da obra 12 Figura 21: Sondagens SPT da obra no Cristo Rei.

13 após a execução da obra do Batel, foi programado um ensaio de carregamento dinâmico para a obra, com o objetivo de aferir se os critérios de nega estavam sendo suficientes para atingir as resistências necessárias. Os resultados do ensaio são apresentados nas tabelas 9 e 10. Tabela 9 Valores de resistência obtidos para a estaca ensaiada na obra do Cristo Rei Estaca Seção Golpe Atrito Ponta Total (kn) (kn) (kn) E45 250x E45 250x E45 250x E45 250x Tabela 10 Valores de quake para o ensaio realizado na obra do Cristo Rei Estaca Golpe Q. lateral Q. ponta (mm) (mm) E45 5 2,245 2,978 E45 7 1,195 4,679 E45 9 1,004 7,167 E ,038 9,131 Observa-se que a resistência por atrito lateral aumenta com o aumento da energia fornecida à estaca durante o ensaio. O mesmo não foi observado para a resistência de ponta, porém o valor do quake de ponta foi aumentando. Uma possível explicação para isto diz respeito à possível existência de tensões residuais, as quais podem manter a ponta da estaca comprimida e que, à medida que o ensaio foi sendo executado e a estaca foi sendo mobilizada, podem ter sido aliviadas. adaptado no equipamento capaz de acessar e trabalhar sob as restrições do edifício. Atualmente, a primeira etapa da obra encontra-se concluída e a segunda etapa ainda não foi iniciada. Como a obra possui cerca de 160 estacas, foram previstos ensaios de carregamento dinâmico. Foram ensaiadas seis estacas da primeira fase da obra. Como se concluiu que não seria possível a adoção das cargas máximas previstas em projeto e visto que as estacas mais carregadas estavam localizadas principalmente na segunda etapa da obra, foi solicitada uma prova de carga estática em uma estaca da segunda etapa, de modo a servir de base para um melhor dimensionamento do reforço das fundações do bloco que seria alteado. Adicionalmente, realizou-se um ensaio de carregamento dinâmico em uma estaca pertencente ao mesmo bloco da estaca ensaiada estaticamente com o objetivo de se compararem os resultados dos ensaios. Os resultados dos ensaios dinâmicos encontramse nas tabelas 11 e 12. As sondagens indicaram a presença de argila orgânica mole e muito mole (turfa) nos primeiros cinco metros de profundidade. Abaixo da argila orgânica, as sondagens indicaram a presença de solo residual de migmatito compacto a muito compacto até o limite de sondagem. As sondagens da obra localizadas próximas à primeira etapa podem ser vistas na figura Edifício Histórico no Centro Trata-se de um edifício de interesse histórico, que se localiza na esquina da Rua Sete de Setembro com a Rua João Negrão, no centro de Curitiba, Paraná. Este edifício foi arrendado à Universidade Federal do Paraná para servir como bloco de salas de aula. Por ocasião do arrendamento à Universidade, o edifício passou por um retrofit de modo a comportar as necessidades das salas de aula, incluindo algumas escadas e elevadores novos, além de um auditório no pavimento térreo da primeira etapa e do alteamento do edifício na segunda etapa, onde os pavimentos adicionais não são visíveis a partir da rua. Para este fim, o edifício, que tem as fachadas tombadas pelo patrimônio histórico, necessitou de um reforço de fundações e para tal foram previstas estacas metálicas, cravadas com um bate-estaca dotado de torre curta, capaz de acessar o subsolo do edifício e trabalhar sob restrição de pé-direito. Como o projeto previa inicialmente o uso de perfis para cargas elevadas, foi adotado um martelo com massa de 1650 kg, o maior possível de ser Figura 22: Sondagens SPT para o edifício histórico, localizado no centro de Curitiba 13

14 Tabela 11 Valores de resistência obtidos para as estacas ensaiadas no reforço do edifício histórico Estaca Seção Golpe Atrito Ponta Total (kn) (kn) (kn) E27 150x22, E29 150x22, P6 150x22, P6 150x22, P11I 250x P11I 250x M1E3 310x M1E3 310x P24A 250x E2E7 200x35, Tabela 12 Valores de quake para as estacas do reforço do edifício histórico Estaca Seção Golpe Q. lat. Q. ponta (mm) (mm) E27 150x22,5 8 2,295 1,004 E29 150x22,5 11 1,653 1,004 P6 150x22,5 5 1,004 1,097 P6 150x22,5 7 2,305 1,603 P11I 250x73 4 1,284 1,005 P11I 250x73 6 2,292 1,863 M1E3 310x97 5 2,608 1,654 M1E3 310x97 8 2,596 1,450 P24A 250x73 2 2,053 1,904 E2E7 200x35,9 3 1,004 1,004 A estaca P24A é a estaca pertencente ao mesmo bloco da estaca P24B, que foi a estaca ensaiada estaticamente. Como o objetivo era a comparação das curvas carga-recalque obtidas nos dois ensaios, optou-se por aplicar um único golpe à estaca P24A, com a maior altura possível. A estaca ensaiada estaticamente tinha inicialmente um carregamento previsto até duas vezes a carga de trabalho máxima para as estacas de seção W 250x73. Estas estacas estavam previstas para trabalhar com 1400 kn e o ensaio seria levado, por meio de uma prova de carga estática com carregamento lento, até uma carga de 2800 kn. Porém a estaca rompeu o seu set-up e voltou a cravar estaticamente com uma carga de 1771 kn, sendo descarregada na sequência. O ensaio estático foi feito com reação em quatro tirantes compostos de 8 cordoalhas de 1/2 cada, os quais eram inclinados 15 graus com a vertical e tiveram 8 metros em rocha fraturada. A montagem e a estrutura de reação utilizadas na prova de carga estática podem ser vistas na figura 23. A comparação das curvas carga-recalque obtidas pelo ensaio dinâmico e pelo ensaio estático mostraram uma capacidade de carga maior obtida para o ensaio dinâmico. Parte da explicação para tanto se pode dar devido ao fato de serem duas estacas diferentes, portanto com capacidades de carga diferentes, e parte por serem ensaios diferentes. Não se escolheu ensaiar pelos dois métodos a mesma estaca porque um ensaio pode prejudicar o resultado do outro. Observa-se, também, que as rigidezes das duas estacas estiveram bem próximas até a estaca ensaiada estaticamente voltar a cravar. As curvas carga-recalque para os dois ensaios encontram-se na figura 24. Figura 24: Comparação das curvas carga-recalque (cargas em toneladas-força) para os ensaios executados na estaca P24B (linha cheia, ensaiada estaticamente) e P24A (linha tracejada, ensaiada dinamicamente). Observa-se também uma carga mobilizada máxima entre 1771 kn e 2230 kn. O martelo empregado para cravação tinha massa de 1650 kg, portanto com peso em torno de 1% da carga mobilizada pelo ensaio estático. 5.5 Edifício Residencial no Champagnat Figura 23: Montagem e estrutura de reação da prova de carga estática executada na estaca do P24B (ENSOLO 2012b) Trata-se da obra de um edifício residencial de dez pavimentos mais dois subsolos, localizada na rua Fernando Simas, bairro Champagnat, em Curitiba, Paraná, ainda em execução durante o período em que este artigo foi escrito. Foram previstos dez ensaios de carregamento dinâmico e executados, até 14

15 o presente momento, quatro. Uma foto da obra encontra-se na figura 25. Figura 25: Foto da obra localizada no bairro Champagnat (ENSOLO, 2012c). As sondagens da obra indicavam a presença de solo muito mole a mole, com argila orgânica até pouco acima da cota de escavação. Em seguida era prevista uma camada da ordem de seis metros de solo residual medianamente compacto a compacto até o limite de sondagens. Pensava-se, inicialmente, em utilizar fundação direta para o edifício e foi realizado um ensaio de placa para fomentar o dimensionamento das sapatas tanto com relação à capacidade de carga quanto para recalques, de modo a tender à exigência da NBR (ABNT, 2013) de um recalque diferencial específico máximo de 1/500. O ensaio de placa apresentou um resultado abaixo do esperado e com isto, alterou-se o projeto de fundações para estacas metálicas. As sondagens da obra encontram-se plotadas na figura 26. Todos os furos de sondagem foram levados até o impenetrável à percussão. Não foram feitas sondagens rotativas. Apresentam-se nas tabelas 13 e 14 os resultados dos ensaios de carregamento dinâmico realizados na obra até o momento. Tabela 13 Valores de resistência obtidos para os ensaios realizados no Champagnat Estaca Seção Golpe Atrito Ponta Total (kn) (kn) (kn) P114A 250x38, P105A 250x P2Ab 250x P2Ab 250x P10Ba 310x P10Ba 310x P10Ba 310x Tabela 14 Valores de quake para os ensaios realizados no Champagnat Estaca Seção Golpe Q. Lat. Q. Ponta (mm) (mm) P114A 250x38,5 6 5,334 1,004 P105A 250x ,109 2,945 P2Ab 250x89 9 2,387 1,391 P2Ab 250x ,421 1,604 P10Ba 310x ,207 1,166 P10Ba 310x ,447 4,922 P10Ba 310x ,437 9,078 No caso desta obra, foram utilizados dois martelos de cravação, sendo um deles com 2100 kg e o outro com 2600 kg. As estacas têm comprimentos entre 6,5 e 8,0 metros cravados a partir do subsolo, portanto ambos pesam mais que o dobro do peso da estaca. Percebe-se que a carga mobilizada é superior a 100 vezes o peso do martelo, porém as negas que foram calculadas com o uso de software baseado na equação da onda e com base nos ensaios executados estão sendo medidas com o martelo com uma altura de queda de 4 metros. Isto sugere que seria mais adequada a adoção de um martelo mais pesado para a obra. 5.6 Comparação dos Resultados Figura 26: Sondagens SPT da obra do bairro Champagnat 15 Observando-se as obras apresentadas conclui-se que para todos os casos o dimensionamento ótimo do martelo de cravação não diz respeito ao peso da estaca, mas sim à carga que se pretende mobilizar. Observam-se, também, em todas as obras, valores relativamente elevados de quake. Estes valores conduzem a negas bastante rígidas e altas energias para a cravação das estacas até as