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Ensaios Estáticos de Estacas em Solos Argilosos · Ensaios Estáticos de Estacas em Solos Argilosos iii RESUMO O dimensionamento de fundações profundas em solos argilosos tem como

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  • ENSAIOS ESTTICOS DE ESTACAS EM SOLOS ARGILOSOS

    HUGO GABRIEL BARBOSA TORRES

    Dissertao submetida para satisfao parcial dos requisitos do grau de

    MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL ESPECIALIZAO EM GEOTECNIA

    Orientador: Professor Doutor Antnio Manuel Barbot Campos e Matos

    Co-orientador: Engenheiro Mrio Duro

    JANEIRO DE 2016

  • MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2015/2016

    DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

    Tel. +351-22-508 1901

    Fax +351-22-508 1446

    [email protected]

    Editado por

    FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO

    Rua Dr. Roberto Frias

    4200-465 PORTO

    Portugal

    Tel. +351-22-508 1400

    Fax +351-22-508 1440

    [email protected]

    http://www.fe.up.pt

    Reprodues parciais deste documento sero autorizadas na condio que seja

    mencionado o Autor e feita referncia a Mestrado Integrado em Engenharia Civil -

    2015/2016 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da

    Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2016.

    As opinies e informaes includas neste documento representam unicamente o

    ponto de vista do respetivo Autor, no podendo o Editor aceitar qualquer

    responsabilidade legal ou outra em relao a erros ou omisses que possam existir.

    Este documento foi produzido a partir de verso eletrnica fornecida pelo respetivo

    Autor.

    mailto:[email protected]:[email protected]://www.fe.up.pt/

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    Aos meus Pais e ao meu Irmo

    The saddest aspect of life right now is that science gathers knowledge faster than society

    gathers wisdom

    ISAAC ASIMOV

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    i

    AGRADECIMENTOS

    Com a realizao desta dissertao, termino o meu ciclo de estudos nesta grande instituio que

    a Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Quero por isso prestar os meus

    agradecimentos a todas as pessoas que me acompanharam nesta jornada, sem elas no teria sido

    possvel chegar at ao fim.

    s pessoas mais importantes da minha vida, Pai, Me e o meu irmo Hlder, por todos os

    sacrifcios que fizeram para que eu me pudesse formar nesta grande instituio, e pela pacincia

    demonstrada ao longo destes cinco anos. Com a perfeita noo que sou um privilegiado, um

    muito obrigado.

    Aos meus companheiros de casa, Ivo, Franco, Meira e Miguel pelos melhores anos da minha

    vida, de onde levo recordaes que nunca esquecerei.

    s amizades que construi ao longo destes cinco anos de faculdade, principalmente Filipa

    Costa, pela pacincia e palavras de incentivo durante a realizao desta dissertao.

    A todos os professores que me acompanharam ao longo de todo o meu percurso acadmico, ao

    meu orientador o Professor Antnio Campos e Matos, e em especial ao meu co-orientador o

    Engenheiro Mrio Duro.

    A todos presto a minha mais profunda gratido.

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

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  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    iii

    RESUMO

    O dimensionamento de fundaes profundas em solos argilosos tem como base o estudo da

    interao solo-estaca, com o seu dimensionamento a poder ser efetuado atravs de mtodos

    analticos ou empricos com base na realizao de ensaios in-situ ou ensaios de carga sobre a

    prpria estaca.

    Os ensaios estticos de estacas, neste processo, apresentam-se como a forma mais aceite e com

    maior grau de segurana para proceder a esse dimensionamento. necessria uma devida

    preparao, especificando-se os objetivos e o contexto da sua realizao, bem como os custos e

    benefcios que se podem obter com a sua execuo.

    Neste trabalho foram estudados os procedimentos que devem ser efetuados antes, durante e

    depois do ensaio, incluindo o estudo dos equipamentos e tcnicas de instalao para a obteno

    do modo de transferncia de carga e assentamentos. So discutidos ainda os diferentes planos de

    carregamento tendo estes uma influncia clara no desenvolvimento do ensaio e na escolha do

    sistema de ensaio a utilizar, sem esquecer que tem de replicar da melhor forma possvel o real

    comportamento da estaca em servio.

    Analisaram-se os diferentes mtodos de interpretao existentes, verificando-se uma grande

    dificuldade na escolha do critrio ou mtodo que deve ser utilizado. A maior dificuldade

    prende-se na definio de carga de rotura da estaca, utilizando-se na sua maioria critrios de

    deslocamento definidos pela experincia acumulada ou pela aplicao de regras matemticas

    que executam a avaliao dos deslocamentos de acordo com as cargas aplicadas.

    No final avaliado um caso real de ensaio efetuado nas argilas moles da Cidade Do Mxico,

    onde se procede descrio e anlise do sistema de ensaio utilizado, bem como,

    implementao de uma metodologia de interpretao baseada nos critrios de deslocamento

    limite.

    PALAVRAS-CHAVE: Fundaes, Estacas, Argilas, Ensaio de Compresso Axial, Ensaios de

    Trao

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    iv

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    v

    ABSTRACT

    The design of deep foundations in clay soils is based on the study of the soil-pile interaction,

    inasmuch as their design can be done by analytical or empirical methods based on the realization

    of in-situ or load tests on the pile itself.

    In this process, the piles static tests are presented as the most acceptable and with greater

    reliability to carry out this design. A due preparation is required, specifying the objectives and

    the context of their achievement as well as the costs and benefits that can be obtained with this

    implementation.

    In this work the procedures to be carried out before, during and after the test are studied

    including the study of the equipment and installation techniques in order to obtain the loads and

    settlements transfer mode. Here, the different loading plans are also discussed, with these having

    a clear influence on the development of the test and the choice of the test system to be used,

    without forgetting that it has to replicate as best as possible the actual behaviour of the pile in

    service.

    The different existing methods of interpretation were analyzed, verifying a great difficulty in

    choosing the criteria or method to be used. The greatest difficulty hold on defining the pile

    failure load, using mostly displacement criteria defined by accumulated experience or by

    applying mathematical rules to perform the evaluation of the displacements in accordance with

    the loads applied.

    In the end a real case of a test performed in the soft clays of Mexico City is evaluated, where it is

    performed the description and analysis of the test system used, as well as the implementation of

    a methodology based on the interpretation of some of the recognised criteria for defining failure

    loads.

    KEYWORDS: Foundations, Piles, Clays, Axial Compression Test, Uplift Tests

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    NDICE GERAL

    AGRADECIMENTOS .................................................................................................................. I

    RESUMO .................................................................................................................................... III

    ABSTRACT .................................................................................................................................V

    1.INTRODUO.............1

    1.1. ASPETOS GERAIS ............................................................................................................ 1

    1.2. OBJETIVOS ........................................................................................................................ 1

    1.3. ORGANIZAO DA DISSERTAO ............................................................................ 2

    2.ESTACAS SOB CARREGAMENTO VERTICAL EM SOLOS ARGILOSOS....5

    2.1. PROPRIEDADES DAS ARGILAS ................................................................................... 5

    2.2. ESTACAS SOBRE CARREGAMENTO AXIAL ............................................................ 6

    2.3. CLASSIFICAO DAS ESTACAS ............................................................................... 10

    2.4. ALTERAO DO ESTADO DE TENSO ................................................................... 12

    2.4.1 ESTACAS CRAVADAS ...................................................................................................... 12

    2.4.2. ESTACAS MOLDADAS ..................................................................................................... 14

    2.5. AVALIAO DA CAPACIDADE DE CARGA ............................................................. 15

    2.5.1 RESISTNCIA LATERAL ................................................................................................... 15

    2.5.1.1 Mtodo Alfa...................................................................................................................... 16

    2.5.1.2 Mtodo Beta .................................................................................................................... 17

    2.5.2 RESISTNCIA DE PONTA ................................................................................................ 19

    2.6. ATRITO NEGATIVO ........................................................................................................ 19

    3.DIMENSIONAMENTO DE ESTACAS COM BASE EM ENSAIOS ESTTICOS AXIAIS...21

    3.1. ASPECTOS GERAIS ........................................................................................... .21

    3.2. ENSAIOS DINMICOS ................................................................................................... 21

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    viii

    3.3. PROCEDIMENTO REGULAMENTAR- ENSAIO DE CARGA ESTTICO ............. 24

    3.3.1. CARREGAMENTO AXIAL DE COMPRESSO ................................................................ 25

    3.3.2. CARREGAMENTO AXIAL DE TRAO ........................................................................... 26

    4.ENSAIOS DE CARGA ESTTICOS...................................................29

    4.1. ESTRATGIAS DE ENSAIO .......................................................................................... 29

    4.1.1. OBJETIVOS ....................................................................................................................... 30

    4.1.2.CONDIES DE REALIZAO ........................................................................................ 30

    4.1.3. SEGURANA .................................................................................................................... 31

    4.1.4. CUSTOS ............................................................................................................................ 33

    4.2. GRANDEZAS MEDIDAS ................................................................................................. 33

    4.3. INSTRUMENTAO ........................................................................................................ 36

    4.3.1 TRANSDUTORES DE DESLOCAMENTO ......................................................................... 38

    4.3.2. FIO ESPELHO E ESCALA/ TOPGRAFO ....................................................................... 41

    4.3.3. EXTENSMETROS .......................................................................................................... 41

    4.4. SISTEMAS DE APLICAO E MEDIO DE CARGAS ......................................... 44

    4.4.1. MACACO HIDRULICO .................................................................................................... 44

    4.4.2. MTODO BIDIRECIONAL ................................................................................................. 45

    4.5. SISTEMAS DE REAO ................................................................................................ 48

    4.5.1. COMPRESSO ................................................................................................................. 48

    4.5.1.1 Estacas de Reao/Ancoragens no Solo ........................................................................ 48

    4.5.1.2 Plataforma Sobrecarregada ............................................................................................. 51

    4.5.1.3 Plataforma de Massa Conhecida ..................................................................................... 53

    4.5.2. TRAO ............................................................................................................................ 54

    4.5.2.1. Viga de Reao .............................................................................................................. 54

    4.5.2.2. Estrutura em A ................................................................................................................ 57

    4.6. PROCEDIMENTOS DE CARREGAMENTO ................................................................ 58

    4.6.1. SLOW MAINTAINED LOAD TEST SML ......................................................................... 61

    4.6.2. QUICK MAINTAINED LOAD TEST QML ....................................................................... 62

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    ix

    4.6.3. CYCLIC LOADING TEST CLT ....................................................................................... 62

    4.6.4. CONSTANT RATE OF PENETRATION TEST CRP...................................................... 63

    4.6.5. CONSTANT RATE OF UPLIFT TEST CRU ................................................................... 63

    5.METODOLOGIAS DE INTERPRETAO..................65

    5.1. DEFINIO DE CARGA DE ROTURA ........................................................................ 65

    5.2. CURVA CARGA-DESLOCAMENTO ............................................................................ 66

    5.3. MODOS DE ROTURA ..................................................................................................... 68

    5.4. EXTRAPOLAO DA CURVA CARGA-ASSENTAMENTO ................................... 70

    5.5. MTODOS E CRITRIOS DE INTERPRETAO .................................................... 70

    5.5.1. MTODO DE DAVISSON (1972) ...................................................................................... 74

    5.5.2. MTODO DA NORMA BRASILEIRA NBR 6122 (ABNT 2010) ........................................ 75

    5.5.3. MTODO DE CHINS (1970, 1971) .................................................................................. 76

    5.5.4. MTODO DE VAN DER VEEN (1953) ............................................................................. 77

    5.5.5. MTODO DE BRINCH - HANSEN (1963) ........................................................................ 79

    5.5.6. MTODO DE DE BEER (1967)......................................................................................... 80

    5.5.7. MTODO DE MAZURKIEWICZS (1972) ......................................................................... 80

    5.5.8. MTODO DE BUTLER E HOY (1977) .............................................................................. 81

    5.5.9. MTODO DE DECOURT (1996) ....................................................................................... 81

    6.ENSAIOS ESTTICOS NOS SOLOS ARGILOSOS DA CIDADE DO MXICO..83

    6.1. CIDADE DO MXICO ...................................................................................................... 83

    6.1.1. GEOLOGIA E CARACTERIZAO HISTRICA ............................................................. 83

    6.1.2. ZONAMENTO GEOTCNICO .......................................................................................... 84

    6.1.3. ESTRATIGRAFIA .............................................................................................................. 85

    6.1.4 PROPRIEDADES DAS ARGILAS DA CIDADE DO MXICO ........................................... 85

    6.1.5. PROBLEMAS NAS FUNDAES .................................................................................... 86

    6.2. CASO DE ESTUDO ......................................................................................................... 87

    6.2.1 GENERALIDADES ............................................................................................................. 87

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    x

    6.2.2. ENQUADRAMENTO GEOLGICO E GEOTCNICO ...................................................... 87

    6.2.3. AVALIAO DA CAPACIDADE DE CARGA .................................................................... 89

    6.2.4 CARACTERSTICAS DAS ESTACAS ................................................................................ 89

    6.2.5 PROCESSO DE EXECUO DOS ENSAIOS .................................................................. 90

    6.2.6. RESULTADOS ................................................................................................................... 97

    6.2.7. METODOLOGIA DE ANLISE .......................................................................................... 98

    6.2.8. ANLISE E DISCUSSO DOS RESULTADOS ................................................................ 99

    7.CONCLUSES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS...107

    7.1 CONCLUSO ................................................................................................................... 107

    7.2. DESENVOLVIMENTOS FUTUROS ............................................................................ 108

    REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................... 109

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    xi

    NDICE DE FIGURAS

    Fig. 2 Parcelas de resistncia mobilizada numa estaca compresso ......................................... 7

    Fig. 1 Parcelas de resistncia mobilizada numa estaca trao .................................................. 7

    Fig. 3 Estaca tracionada com rutura segundo uma superfcie cnica. Fonte: (Velloso, D. e

    Lopes, F., 2011) .............................................................................................................................. 8

    Fig. 4 - Deslocamento, resistncia lateral e carga versus profundidade. Fonte: Adaptado de

    (Velloso, D. e Lopes, F., 2011) ...................................................................................................... 9

    Fig. 5 Variao do coeficiente de impulso e deslocamento do terreno devido ao processo de

    cravao da estaca. Fonte: (Cardoso, A.S. e Costa, P.A., 2014) .................................................. 12

    Fig. 6 Evoluo temporal da capacidade de carga de uma estaca cravada num macio argiloso.

    Fonte: Adaptado de (Poulus, H.G.A. e Davis, E.H., 1980) .......................................................... 13

    Fig. 7 Variao do coeficiente de impulso e deslocamento do terreno em estacas instaladas

    com recurso a tubo moldador perdido. Fonte: (Cardoso, A.S. e Costa, P.A., 2014) .................... 14

    Fig. 8 - Variao do coeficiente de impulso e deslocamento do terreno em estacas moldadas no

    terreno. Fonte: (Cardoso, A.S. e Costa, P.A., 2014) ..................................................................... 15

    Fig. 9 Fator de adeso para estacas cravadas em argilas Adaptado de (Poulus, H.G.A. e Davis,

    E.H., 1980) ................................................................................................................................... 16

    Fig. 10 Parmetro para a estimativa da resistncia unitria lateral-API. Fonte: Adaptado de

    (Kulhawy, F.H. e Jackson, C.S., 1989) ........................................................................................ 17

    Fig. 11 Esquema de realizao do ensaio de carga dinmico. ................................................... 22

    Fig. 12 Esquema de instalao da instrumentao do ensaio de carga dinmico. ..................... 22

    Fig. 13 Sensores instalados na estaca. ....................................................................................... 23

    Fig. 14 Exemplo de acidentes durante a execuo de ensaios de carga estticos. Fonte:

    Adaptado de (Handley, B. et al., 2006) ....................................................................................... 32

    Fig. 15 Resultados de ensaio em estacas instrumentadas no fuste. Fonte: Adaptado de

    (Dietrich, H., 1984) ...................................................................................................................... 35

    Fig. 16 Instrumentos disponveis no mercado para a realizao de ensaios de carga estticos

    em estacas. Fonte:(GEOKON, 2008) ........................................................................................... 37

    Fig. 17 Configurao tpica do sistema de aquisio de dados automtica. Fonte: Adaptado de

    (Alves, A., 2013) .......................................................................................................................... 38

    Fig. 19 Esquema da instrumentao para medio dos movimentos verticais no topo da estaca.

    Fonte: Adaptado de (Prakash, S. e Sharma, H.D., 1990) ............................................................. 39

    Fig. 18 Transdutor mecnico de deslocamento com base magntica ........................................ 39

    Fig. 20 Exemplo de montagem dos transdutores de deslocamento ........................................... 40

    Fig. 21 LVDT, suporte na estaca e pormenor de fixao .......................................................... 41

    Fig. 22 Esquema de sistema de medies de deformao ao longo do fuste da estaca-Telltales.

    Fonte: Adaptado de (Prakash, S. e Sharma, H.D., 1990) ............................................................. 42

    Fig. 23 Sisters Bars .................................................................................................................... 43

    Fig. 24 Strain Gage em estaca para cravao ............................................................................ 44

    Fig. 25 Disposio dos dispositivos de aplicao e medio das cargas de ensaio. Fonte:

    Adaptado de (Velloso, D. e Lopes, F., 2011) ............................................................................... 45

    Fig. 26 Esquema de funcionamento da clula de Osterberg (O-cell). Fonte: Adaptado de

    (LOADTEST, 2012) ..................................................................................................................... 46

    Fig. 27 Resultados tpicos de um ensaio de carga pelo mtodo Bidirecional. Fonte: Adaptado

    de (LOADTEST, 2012) ................................................................................................................ 47

    Fig. 28 Esquema de carregamento bidirecional com estaca de reao adicional. Fonte:

    Adaptado de (England, M., 2012) ................................................................................................ 47

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  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    xii

    Fig. 29 Esquema do funcionamento dos sistemas de reao: (a) Estacas de reao (b)

    Ancoragens no solo. Fonte: (Velloso, D. e Lopes, F., 2011) ....................................................... 49

    Fig. 30 Composies tpicas do sistema de reao (a) Estacas de reao (b) Ancoragens no

    solo ............................................................................................................................................... 50

    Fig. 31 Esquema de sistema de reao utilizando estacas de reao. Fonte: Adaptado de

    (ASTM, 2007b) ............................................................................................................................ 51

    Fig. 32 Esquema do funcionamento do sistema de reao com plataforma sobrecarregada.

    Fonte: (Velloso, D. e Lopes, F., 2011)......................................................................................... 51

    Fig. 33 Esquema de sistema de reao de plataforma sobrecarregada. Fonte: Adaptado de

    (ASTM, 2007b) ............................................................................................................................ 52

    Fig. 34 Aspeto tpico de plataforma sobrecarregada para realizao de ensaios estticos de

    carga ............................................................................................................................................. 52

    Fig. 35 Esquema de sistema de reao utilizando uma plataforma de massa conhecida Fonte:

    Adaptado de (ASTM, 2007b) ...................................................................................................... 54

    Fig. 36 Esquema do funcionamento do sistema de reao trao com viga de reao. Fonte:

    Adaptado de (Velloso, D. e Lopes, F., 2011) .............................................................................. 55

    Fig. 37 Aspeto tpico do sistema de reao de um ensaio extrao com uma viga de reao.

    Fonte: (Handley, B. et al., 2006) .................................................................................................. 55

    Fig. 38 - Esquema de sistema de reao em ensaio de carregamento axial de trao (Viga de

    Reao). Fonte: Adaptado de (ASTM, 2007a) ............................................................................ 56

    Fig. 39 - Corte X-X da figura 35. Fonte: Adaptado de (ASTM, 2007a) ...................................... 56

    Fig. 40 - Esquema de sistema de reao em ensaio de carregamento axial de trao (viga de

    reao). Fonte: Adaptado de (ASTM, 2007a) .............................................................................. 57

    Fig. 41 - Esquema de sistema de reao em ensaio de carregamento axial de trao (estrutura em

    A). Fonte: Adaptado de (ASTM, 2007a) .................................................................................... 58

    Fig. 42 Relao carga-tempo para os diversos procedimentos de carregamento. Fonte:

    Adaptado de (Fellenius, B.H., 1975) ........................................................................................... 59

    Fig. 43 - Relao carga-assentamento para os diversos procedimentos de carregamento. Fonte:

    Adaptado de (Fellenius, B.H., 1975) ........................................................................................... 60

    Fig. 44 Variabilidade da carga de rotura consoante o mtodo de interpretao utilizado.

    Fonte:(Fellenius, B.H., 1980) ...................................................................................................... 66

    Fig. 45 Curva carga-assentamento para uma estaca carregada compresso at rotura. Fonte:

    Adaptado de (Tomlinson, M. e Woodward, J., 1993) .................................................................. 67

    Fig. 46 Curva carga-assentamento, modo de rotura ntida. Fonte: Adaptado de (Cintra, J.C. et

    al., 2013) ...................................................................................................................................... 68

    Fig. 47 - Curva carga-assentamento, modo de rotura fsica. Fonte: Adaptado de (Cintra, J.C. et

    al., 2013) ...................................................................................................................................... 69

    Fig. 48 - Curva carga-assentamento, modo de rotura convencional. Fonte: Adaptado de (Cintra,

    J.C. et al., 2013) ........................................................................................................................... 69

    Fig. 49 Critrio de rotura de Terzaghi (1942). Fonte: Adaptado de (Cintra, J.C. et al., 2013) . 71

    Fig. 50 Critrio de rotura das retas tangentes. Fonte: Elaborado pelo autor ............................. 72

    Fig. 51 Curva carga-assentamento com escalas diferentes. Fonte: Adaptado de (Van der Veen,

    C., 1953) ...................................................................................................................................... 72

    Fig. 52 Curva carga-assentamento, mtodo de Davidson (1972). Fonte: Adaptado de (Velloso,

    D. e Lopes, F., 2011) ................................................................................................................... 75

    Fig. 53 Curva carga-assentamento, mtodo da norma brasileira NBR 6122. Fonte: Adaptado de

    (Cintra, J.C. et al., 2013) .............................................................................................................. 76

    Fig. 54 Interpretao do ensaio de carga esttica pelo mtodo de Chins. ............................... 77

    file:///C:/Users/HP/Dropbox/Dissertaao/ensaios%20fornecidos/verso%20provisoria%20para%20imprimir%20corrigida%20campos%20e%20matos.docx%23_Toc441430920file:///C:/Users/HP/Dropbox/Dissertaao/ensaios%20fornecidos/verso%20provisoria%20para%20imprimir%20corrigida%20campos%20e%20matos.docx%23_Toc441430920

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    xiii

    Fig. 55 Soluo grfica de Van der Veen. Fonte: Adaptado de (Velloso, D. e Lopes, F., 2011)

    ...................................................................................................................................................... 78

    Fig. 56 Curva carga-assentamento extrapolada pelo mtodo de Van der Veen. Fonte: Adaptado

    de (Velloso, D. e Lopes, F., 2011) ................................................................................................ 78

    Fig. 57 Exemplo de aplicao do mtodo de De Beer (1967). Fonte: (Fellenius, B.H., 1980) . 80

    Fig. 58 - Exemplo de aplicao do mtodo de Mazurkiewiczs (1972). Fonte: (Fellenius, B.H.,

    1980) ............................................................................................................................................. 81

    Fig. 59 Zonamento geotcnico na Cidade do Mxico. Fonte: (Auvinet, G. e Jurez, M., 2011)

    ...................................................................................................................................................... 84

    Fig. 60 Distribuio estratigrfica. Fonte: (Centeno, D.P., 2009) ............................................. 85

    Fig. 61 Sondagem representativa da zona de realizao dos ensaios estticos de carga ........... 88

    Fig. 62 - Seco transversal das estacas ensaiadas ...................................................................... 89

    Fig. 63 - Estacas de ensaio em estaleiro ....................................................................................... 90

    Fig. 64 Demolio do topo da estaca ......................................................................................... 91

    Fig. 65 Reforo em gaiola, barra Dywidag e placa de fixao na seco inferior .................... 91

    Fig. 66 - Cofragem da cabea da estaca e acabamentos finais .................................................... 92

    Fig. 67 Estrutura de reao, macaco hidrulico e clula de carga. ............................................ 92

    Fig. 68 Esquema do sistema de ensaio utilizado ....................................................................... 93

    Fig. 69 Estrutura de proteo e vigas de referncia devidamente isoladas ................................ 93

    Fig. 70 Disposio dos transdutores de deslocamento .............................................................. 94

    Fig. 71 Estrutura metlica de suporte dos transdutores de deslocamento ................................. 94

    Fig. 72 Planta do sistema de ensaio com a localizao dos marcos topogrficos ..................... 95

    Fig. 73 Registro fotogrfico das leituras efetuadas na clula de carga ...................................... 95

    Fig. 74 Registo fotogrfico das leituras efetuadas na bomba do macaco hidrulico ................. 95

    Fig. 75 Registo fotogrfico das leituras efetuadas nos transdutores de deslocamento .............. 96

    Fig. 76 Plano de carregamento .................................................................................................. 96

    Fig. 77 Comportamento elstico tpico de uma estaca tracionada. Fonte: Adaptado de

    (England, M., 2012).................................................................................................................... 105

    file:///C:/Users/HP/Dropbox/Dissertaao/ensaios%20fornecidos/verso%20provisoria%20para%20imprimir%20corrigida%20campos%20e%20matos.docx%23_Toc441430939

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    xv

    NDICE DE QUADROS

    Quadro 1 - Classificao dos solos argilosos quanto consistncia. Fonte: (Matos Fernandes,

    M., 2012) ........................................................................................................................................ 6

    Quadro 2 Classificao das estacas ........................................................................................... 11

    Quadro 3 Soluo analtica para o valor de alfa segundo a Americam Petroleum Institute. ..... 17

    Quadro 4 - Valores da razo /0 Fonte: Adaptado de (Coduto, D.P., 2001) ........................... 18

    Quadro 5 - Valores da razo / . Fonte: Adaptado (Coduto, D.P., 2001) ................................ 18

    Quadro 6 Coeficientes de segurana recomendados pela ASSHTO. Fonte: Adaptado de

    (Hannigan, P.J. et al., 2006) ......................................................................................................... 24

    Quadro 7 Valores a atribuir aos coeficientes para o clculo dos valores caractersticos (n-

    nmero de estacas ensaiadas). ...................................................................................................... 26

    Quadro 8 Valores a atribuir aos coeficientes de segurana parciais num carregamento axial de

    compresso ................................................................................................................................... 26

    Quadro 9 Legenda da Fig.16. .................................................................................................... 37

    Quadro 10 Valores mdios das propriedades ndice na Zona 2. Fonte: (Auvinet, G. e Jurez,

    M., 2011) ...................................................................................................................................... 85

    Quadro 11 Caractersticas das estacas e tempo entre a sua instalao e realizao dos ensaios

    de carga ......................................................................................................................................... 90

    Quadro 12 Clculo do fator de fluncia () Prova de Carga 1 ........................................... 102

    Quadro 13 - Clculo do fator de fluncia () Prova de Carga 2 ............................................ 103

    Quadro 14 - Clculo do fator de fluncia () Prova de Carga 3 ............................................ 103

    Quadro 15 Cargas ltimas convencionais e procedimento regulamentar do EC7 ................... 104

    Quadro 16 Valores da resistncia lateral caracterstica nos diferentes mtodos de interpretao

    .................................................................................................................................................... 104

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    NDICE DE GRFICOS

    Grfico 1 Curvas carga-deslocamento dos ensaios realizados, leituras aos 15 min. ................. 97

    Grfico 2 Aplicao dos mtodos de interpretao Prova de Carga 1.................................... 99

    Grfico 3 - Mtodo das Tangentes Prova de Carga 1 .............................................................. 100

    Grfico 4 - Aplicao dos mtodos de interpretao Prova de Carga 2 .................................. 100

    Grfico 5 Mtodo das Tangentes Prova de Carga 2 ............................................................. 101

    Grfico 6 - Aplicao dos mtodos de interpretao Prova de Carga 3 .................................. 101

    Grfico 7 - Mtodo das Tangentes Prova de Carga 3 .............................................................. 102

    Grfico 8 Anlise do comportamento elstico - Prova de carga 1 .......................................... 106

    Grfico 9 Aplicao de critrio de deslocamento limite com comportamento elstico composto

    .................................................................................................................................................... 106

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    SMBOLOS E ABREVIATURAS

    Alfabeto Latino

    - rea da seco da estaca

    - rea do fuste da estaca

    - rea do fuste da estaca na camada genrica i

    - Dimetro ou largura da estaca

    - Coeso do solo

    - Aderncia solo-estaca

    - Resistncia no drenada

    - Coeficiente de consolidao horizontal

    - Mdulo de elasticidade

    - Mdulo de elasticidade da estaca

    - Valor de clculo da carga axial correspondente a um estado limite ltimo

    ; - Valor de clculo da carga axial de compresso correspondente a um estado limite ltimo

    ; - Valor de clculo da carga axial de trao correspondente a um estado limite ltimo

    - ndice de consistncia

    ndice de plasticidade

    - Coeficiente de impulso

    Fator de fluncia

    0 - Coeficiente do impulso lateral em repouso

    L Comprimento da estaca

    Nmero de camadas do solo

    - Fora normal atuante na seco da estaca

    - Sobrecarga aplicada na superfcie do terreno

    - Resistncia de ponta da estaca

    - Resistncia de ponta unitria

    - Resistncia lateral da estaca

    - Resistncia lateral unitria

    Resistncia lateral unitria na camada genrica i

    - Resistncia ltima da estaca

    - Valor de clculo da capacidade resistente em relao a um carregamento axial

    ; - Valor de clculo da capacidade resistente compresso

    ; - Valor caracterstico da capacidade resistente compresso

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    ; - Valor da capacidade resistente medidos em ensaios de carga compresso

    ; - Valor da capacidade resistente medidos em ensaios de carga trao

    ; - Valor caracterstico da capacidade resistente de ponta

    : - Valor caracterstico da capacidade resistente lateral

    ; - Valor de clculo da capacidade resistente trao

    - Raio da estaca

    - Fator tempo na consolidao das argilas ao redor de estacas cravadas

    - Intervalo de tempo aps cravao

    - Peso prprio da estaca

    - Teor em gua

    - Limite de liquidez

    - Limite de plasticidade

    - Limite de retrao

    Alfabeto grego

    - Fator de adeso solo-estaca em condies no drenadas

    - Fator de segurana parcial a aplicar resistncia de ponta segundo o EC7-1991-1

    - Fator de segurana parcial a aplicar resistncia lateral segundo o EC7-1991-1

    - Fator de segurana parcial a aplicar resistncia total segundo o EC7-1991-1

    - Peso volmico do solo

    - Peso volmico da estaca

    - ngulo de atrito do solo

    - Angulo de atrito efetivo do solo

    - ngulo de atrito solo-estaca

    - Tenso radial

    Tenso radial efetiva

    Tangente do angulo de atrito do solo

    - Deslocamento

    - Comprimento do elemento i

    - Extenso

    - Encurtamento axial

    - Comprimento do elemento i

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    Abreviaturas

    DEC - Departamento de Engenharia Civil

    FEUP Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

    EC7 Eurocdigo 7 NP EN 1997-1

    CRP Constant Rate of Penetration Test

    MLT Maintained Load Test

    SLT Slow Maintained Load Test

    QML Quick Maintained Load Test

    CRU Constant Rate of Uplift Test

    CLT Cycling Loading Test

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    xxii

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    1

    1 INTRODUO

    1.1. ASPETOS GERAIS

    A execuo de estacas para o suporte de estruturas um dos primeiros exemplos na arte e cincia da

    Engenharia Civil. Nos tempos medievais estacas de madeira cravadas eram usadas nas fundaes dos

    grandes mosteiros e pontes, com a sua capacidade de carga a ser limitada pelas dimenses das

    madeiras naturais e pela sua capacidade de resistir instalao pelo uso de um martelo, sem sofrer

    fragmentao. Foram estabelecidas regras primitivas atravs das quais a carga admissvel era

    determinada a partir da sua resistncia penetrao no solo, por parte de um martelo de massa

    conhecida com uma queda de altura conhecida.

    Atualmente a avaliao do comportamento e da capacidade de carga das fundaes profundas um

    dos temas mais estudados na Engenharia Civil, com a investigao preliminar do solo a ser da maior

    importncia para esta avaliao. Devido ao aumento das cargas das edificaes e do aumento de

    construes em locais onde a experincia escassa, existe uma necessidade das estruturas de suporte

    serem cada mais eficazes e com capacidade de carga maiores. Os processos construtivos bem como os

    materiais empregues tambm tm sido objeto de melhoramentos ao longo do tempo, com a procura de

    melhores solues em termos de custo-benefcio.

    Os principais mtodos de dimensionamento das estacas tm consistido na deduo de parmetros

    fundamentais dos solos, nomeadamente a sua resistncia e rigidez a partir de ensaios de laboratrio

    sobre amostras indeformadas, ou de correlaes com ensaios in-situ para posterior uso das frmulas

    estticas de equilbrio vertical. Outra das metodologias baseia-se na correlao direta da resistncia

    lateral e de ponta da estaca, com parmetros obtidos diretamente de ensaios in-situ como o caso dos

    SPT, PMT ou CPT.

    Qualquer um destes mtodos parte do pressuposto que o solo se encontra no seu estado natural, sem

    qualquer tipo de deformao. Contudo so muitos os fatores que influenciam o comportamento das

    fundaes indiretas, nomeadamente a natureza do macio, o grau de perturbao causado pela sua

    execuo, o efeito de escala e o tipo e magnitude das solicitaes. Por essa razo todos os mtodos de

    previso e de clculo so muito discutveis, devendo ter por base ensaios de carga, nomeadamente o

    ensaio de carga esttico.

    1.2. OBJETIVOS

    Esta dissertao tem como objetivo a anlise dos procedimentos a efetuar na realizao de um ensaio

    de carga esttico vertical num caso real de desenvolvimento de projeto, em estacas instaladas em solos

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    2

    argilosos, quer estejam sobre esforos de compresso ou de trao. Dentro desta anlise est presente

    o estudo do comportamento de uma estaca isolada e a forma como esta desenvolve a sua capacidade

    de carga, a recolha e a discusso dos equipamentos e tcnicas de instrumentao existentes,

    procedimentos a efetuar antes e depois da realizao do ensaio bem como os resultados esperados, e

    mtodos de interpretao para as duas modalidades de carregamento analisados. No final proceder-se-

    ao estudo de um caso prtico de ensaio, efetuado na Cidade do Mxico, onde ser feita uma anlise

    da adequabilidade dos mtodos de ensaio e metodologia de interpretao.

    1.3. ORGANIZAO DA DISSERTAO

    Em termos de organizao, esta dissertao encontra-se dividida em 7 captulos.

    No captulo 1 feita uma apresentao do tema da dissertao, os objetivos que se pretendem

    alcanar, bem como a organizao da mesma.

    No captulo 2 so apresentadas as propriedades bsicas das argilas e a anlise do comportamento de

    uma estaca isolada sobre um carregamento axial de compresso ou trao neste tipo de solo, incluindo

    algumas consideraes sobre a relao entre as resistncias mobilizadas para estas duas modalidades

    de carregamento. feita, ainda, uma classificao das estacas tendo em conta o seu material, processo

    de execuo e consequentes alteraes no estado de tenso do solo. Seguidamente sero apresentados

    dois mtodos de clculo analtico para a determinao da resistncia lateral e de ponta para estacas

    cravadas em solos argilosos moles, bem como a apresentao do fenmeno de atrito negativo.

    No captulo 3 aborda-se a questo do dimensionamento de estacas tendo em conta a realizao de

    ensaios de carga estticos, apresentando as vantagens da realizao dos ensaios de carga em questes

    de dimensionamento. Neste captulo so ainda apresentados os ensaios de carregamento dinmico

    como uma alternativa realizao dos ensaios estticos, efetuando-se uma comparao entre os

    resultados obtidos a partir dos dois. De seguida so apresentados os coeficientes de segurana

    aconselhados na obteno da carga de dimensionamento tendo em conta os vrios mtodos de controlo

    do dimensionamento, com nfase nas diretrizes presentes na NP EN 1997-1 (Eurocdigo 7- EC7) para

    os ensaios de carga estticos.

    No captulo 4 feita uma anlise dos pressupostos necessrios para a realizao dos ensaios, objetivos,

    condies de realizao, custos, grandezas medidas bem como, os equipamentos e instrumentao das

    estacas e procedimentos de carregamento. Para isso, sero identificados os procedimentos presentes na

    NP EN 1997-1 que por sua vez faz referncia ao subcomit Europeu ISSMGE-ERTC3 e s normas

    americanas ASTM D1143/D 1143M e ASTM D3689 para ensaios compresso e trao

    respetivamente.

    No captulo 5 apresentada a definio de carga de rotura e as vrias metodologias para a obteno da

    carga ltima nas duas modalidades de carregamento abordadas.

    No captulo 6 apresentado um caso de estudo, que consiste na realizao de trs provas de carga

    trao nas argilas da Cidade do Mxico. Para o efeito, apresentada uma caracterizao geolgica e

    geotcnica da cidade, bem como a sua estratigrafia, diviso em zonas geotcnicas e propriedades dos

    solos. Seguidamente, apresentado o caso de estudo onde so apresentadas as condies geotcnicas

    presentes nos locais de ensaio, procedimentos adotados, resultados obtidos bem como o mtodo de

    anlise.

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    No captulo 7 so apresentadas as concluses retiradas em relao avaliao do caso de estudo,

    apresentando as concluses retiradas e a avaliao do sistema de ensaio utilizado, bem como os

    desenvolvimentos futuros em relao a esta temtica.

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    4

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    2 ESTACAS SOB CARREGAMENTO

    VERTICAL EM SOLOS ARGILOSOS

    2.1.PROPRIEDADES DAS ARGILAS

    As argilas so solos que apresentam caractersticas marcantes de plasticidade. Quando suficientemente

    hmidas moldam-se facilmente em diferentes formas, e quando secas, apresentam coeso suficiente

    para constituir massas dificilmente desagregveis por presso. So, ento, caracterizadas pela sua

    plasticidade, textura e consistncia em seu estado hmido e natural. As suas propriedades so

    predominantemente devidas sua constituio por gros minerais de dimenses na ordem dos 0,002

    mm.

    No caso dos solos granulares, o parmetro fsico que permite antecipar, pelo menos de modo

    qualitativo o seu comportamento mecnico o ndice de vazios. Analisando o comportamento das

    argilas, verifica-se que neste caso o parmetro fsico fundamental que influncia o comportamento

    mecnico destas o teor em gua (). Com efeito, enquanto num solo granular o ndice de vazios no

    depende do teor em gua, num solo fino saturado, este ndice mera consequncia do teor em gua.

    Atendendo a tal, foi necessria a introduo de valores notveis ou de referncia de um parmetro

    fsico que, para as argilas, pudesse de modo expedito antecipar certas tendncias do seu

    comportamento mecnico. Sendo essa a funo dos limites de consistncia de Atterberg (Matos

    Fernandes, M., 2012).

    Para valores elevados de teor em gua, a mistura gua-solo comporta-se como um lquido. Reduzindo

    de forma homognea e progressiva o teor em gua, a partir de certo ponto, a mistura passa a ter um

    comportamento moldvel. Prosseguindo na reduo do teor em gua, o comportamento do solo

    passar a ser frivel, ou seja, separa-se em fragmentos quando se tenta mold-lo. Se a reduo da gua

    presente no solo continuar, a sua reduo deixar de acarretar uma reduo do volume (ou do ndice de

    vazios), passando-se a secagem a fazer-se a volume constante (Matos Fernandes, M., 2012).

    Os valores que limitam estas quatro zonas de comportamento so respectivamente, o limite de liquidez

    (), o limite de plasticidade () e o limite de retrao (). A diferena entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade designa-se por ndice de plasticidade (), sendo estes os limites que mais se

    utilizam e mais informaes teis fornecem acerca do comportamento do solo (Matos Fernandes, M.,

    2012). O ndice de plasticidade exprime-se em percentagem:

    = (2.1)

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    A comparao do teor em gua natural de um solo argiloso com os limites de Atterberg fornece uma

    indicao aproximada da sua consistncia, usando-se para o efeito o chamado ndice de consistncia

    ().

    Quadro 1 - Classificao dos solos argilosos quanto consistncia. Fonte: (Matos Fernandes, M., 2012)

    Argila

    Muito mole 0,0-0,25

    Mole 0,25-0,50

    Mdia 0,50-0,75

    Rija 0,75-1,00

    Dura >1,00

    2.2. ESTACAS SOBRE CARREGAMENTO AXIAL

    As estacas so elementos estruturais que tm como funo, a transferncia de cargas da superestrutura,

    atravs das camadas de solo de baixa resistncia ou mesmo atravs da gua, at uma camada de solo

    ou rocha, com capacidade de suporte adequada. Normalmente so dimensionadas para suportar

    carregamento axiais de compresso, porm, pode ser necessrio dimensionar este elemento estrutural

    para resistir a aes de trao, designadamente em estruturas altas submetidas s aes do vento,

    estruturas martimas sujeitas s aes das ondas ou em terrenos propcios ocorrncia de atividade

    ssmica.

    A utilizao de estacas deve ser efetuada nas seguintes situaes:

    Quando uma ou mais camadas superficiais do terreno apresentem grande

    compressibilidade e/ou reduzida resistncia para suportar as cargas transmitidas pela

    estrutura;

    A estrutura a ser projetada muito sensvel aos assentamentos;

    Quando se prev a ocorrncia de assentamentos diferenciais significativos, devido

    variabilidade das condies do terreno ou das cargas a transmitir;

    Quando as cargas da estrutura so essencialmente horizontais ou de trao;

    Quando financeiramente no compensa a realizao de fundaes superficiais ou a

    realizao em terrenos adequados de difcil execuo.

    Numa estaca isolada a carga axial aplicada transferida para o solo circundante, fruto da resistncia

    mobilizada ao longo do fuste (resistncia lateral - ) e para o solo subjacente sua base atravs da

    mobilizao da resistncia do macio (resistncia de ponta - ), com a rotura a observar-se na

    interface solo-estaca, por deslizamento relativo do solo e da estaca. Em estacas trao, apenas

    mobilizada a resistncia ao longo do fuste, podendo o valor desta ser distinto da que mobilizada em

    aes de compresso.

    A capacidade de carga da estaca () pode ser avaliada como a soma destas duas parcelas com a adio ou subtrao do seu peso (), consoante o sentido do carregamento:

    =

    (2.2)

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    7

    Fig. 2 Parcelas de resistncia mobilizada numa estaca compresso

    Outro mecanismo de rotura para as estacas trao, corresponde formao de uma superfcie cnica

    ao redor da estaca, em que a resistncia ltima pode ser calculada pela expresso (2.5) onde

    desprezado o peso da estaca em favor da segurana:

    = + (para aes de compresso) (2.3)

    = + (para aes de trao) (2.4)

    Fig. 1 Parcelas de resistncia mobilizada numa estaca trao

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    Fig. 3 Estaca tracionada com rutura segundo uma superfcie cnica. Fonte: (Velloso, D. e Lopes, F., 2011)

    Em que, igual ao inverso da tangente do ngulo de atrito do solo (), a coeso do solo, a

    sobrecarga aplicada na superfcie do terreno e o peso volmico do solo. A experincia mostra que

    normalmente a rotura se d segundo a interface solo-estaca, excepto quando se tem uma estaca com

    base alargada.

    Normalmente em estacas carregadas axialmente compresso, a parcela do peso omitida na

    obteno da sua carga ltima, j que apresenta um valor pouco significativo em relao s resistncias

    mobilizadas. Todavia, deve ser tomado em conta nas fundaes das estruturas martimas, instaladas

    em guas profundas, onde existe um comprimento considervel de estaca acima do fundo do mar

    (Tomlinson, M. e Woodward, J., 1993).

    As resistncias e so obtidas atravs das expresses seguintes:

    Em que:

    Nmero de camadas do solo;

    Resistncia de ponta unitria;

    Resistncia lateral unitria na camada genrica i;

    rea da ponta da estaca;

    rea da superfcie lateral da estaca na camada genrica i.

    No que toca aos carregamentos compresso, e de acordo com as caractersticas do terreno

    atravessado, surge a designao de estaca de ponta, apoiadas em macio firme, com a transmisso do

    carregamento a efetuar-se essencialmente atravs da sua base. Por outro lado, as estacas onde a

    = 22 ( +

    3+

    ) (2.5)

    = (2.6)

    = =1 (2.7)

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    9

    transmisso do carregamento se faz maioritariamente atravs da mobilizao da resistncia ao longo

    do fuste, denominam-se estacas flutuantes. Estas denominaes so meramente convencionais, pois

    em prtica, todas as estacas mobilizam parcelas destas duas resistncias, sendo feita esta distino para

    realar a importncia relativa de cada uma para o equilbrio do carregamento.

    A mobilizao das componentes de resistncia varivel consoante o nvel de carregamento, logo,

    para diferentes escales de carga, a repartio da resistncia entre o fuste e a ponta da estaca ser

    tambm diferente.

    Na figura seguinte est apresentado ao pormenor o comportamento de uma estaca compresso, tendo

    em conta supostas leituras no topo e ao longo do fuste, estando representados os diagramas de

    deslocamento, resistncia lateral e de carga versus profundidade durante quatro estgios de

    carregamento.

    Fig. 4 - Deslocamento, resistncia lateral e carga versus profundidade. Fonte: Adaptado de (Velloso, D. e Lopes, F., 2011)

    Na figura (4.a) verifica-se ainda a capacidade da estaca se encurtar elasticamente, j que apenas existe

    deslocamento na sua zona superior. Em consequncia, a mobilizao da resistncia lateral, que

    necessita do deslocamento da estaca, ocorre de cima para baixo. Pela imagem ainda se verifica que a

    mobilizao da resistncia lateral exige deslocamentos muito menores do que a mobilizao da

    resistncia de ponta. Logo, quando s boa parte da resistncia lateral mobilizada que se comea a

    mobilizar a resistncia de ponta. Neste caso, s a partir do terceiro incremento de carga que se

    verifica a mobilizao desta resistncia, com os dois primeiros incrementos a ser absorvidos apenas

    pelo fuste da estaca. Mobilizada a resistncia lateral na sua totalidade, o acrscimo de carga vai ser

    absorvido unicamente pela base.

    A resistncia lateral mobilizada para deslocamentos normalmente de 0,5 a 2% do dimetro da estaca,

    enquanto a resistncia de ponta apenas mobilizada na sua totalidade para deslocamentos entre 5 a

    10% do dimetro da estaca. Estas diferenas na mobilizao da resistncia lateral e de ponta so de

    especial importncia na determinao do comportamento de deslocamentos e na avaliao da

    repartio das cargas nas condies de servio (Fleming, K. et al., 1994).

    Em estacas instaladas em solos granulares, a razo entre a resistncia de ponta e a resistncia lateral

    da ordem dos 50 a 100%, nas estacas instaladas em solos argilosos estes valores diminuem at uma

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    10

    ordem dos 10 a 20% (Fleming, K. et al., 1994). Visto isto, pode-se concluir que a resistncia lateral

    das estacas em argilas a parcela predominante da capacidade de carga.

    Em estacas com carregamento vertical trao, a carga instalada equilibrada atravs do seu peso e

    pela mobilizao da sua resistncia lateral. O clculo desta resistncia realizado de forma similar ao

    clculo efetuado para uma estaca sujeita a um carregamento vertical de compresso. Em solos no

    coesivos, o valor da resistncia lateral alvo de alguma controvrsia, com autores a assumir que a

    resistncia lateral mobilizada equivale a 70% daquela verificada no carregamento da mesma estaca

    compresso (De Nicola, A. e Randolph, M.F., 1993). Por outro lado, ensaios realizados sobre estacas

    instrumentadas mostram que a resistncia lateral toma valores semelhantes nas duas modalidades de

    carregamento quando so consideradas as tenses residuais (Hannigan, P. et al., 2006).

    No caso de solos coesivos como as argilas, quando a carga aplicada sobre condies no drenadas, a

    resistncia lateral num carregamento trao geralmente assumida igual resistncia lateral

    mobilizada num carregamento de compresso (De Nicola, A. e Randolph, M.F., 1993). O valor da

    resistncia mobilizada vai estar muito dependente da taxa de aplicao da carga e do grau de

    degradao do solo (Hannigan, P. et al., 2006).

    2.3. CLASSIFICAO DAS ESTACAS

    Para alm das caractersticas do terreno de fundao, o tipo de estaca e o prprio processo construtivo

    so fatores que influenciam de forma decisiva o desempenho das fundaes. Visto isto, as estacas

    podem ser divididas consoante o material utilizado e o efeito que provocam no solo envolvente

    durante a sua execuo.

    O comportamento mecnico das estacas pode ser influenciado pelo material utilizado, j que,

    consoante o material empregue, a resistncia estrutural e as caractersticas da interface solo-estaca

    sero diferentes. Atualmente a variedade de materiais utilizados enorme, com a utilizao de estacas

    de beto de alta resistncia, pr-esforado, beto armado moldado, estacas metlicas, madeira e mistas.

    Quanto ao processo de execuo, faz-se uma diviso entre estacas cravadas e estacas moldadas. As

    estacas moldadas podem ser executadas com o auxlio de um tubo moldador recupervel ou perdido,

    ou sem tubo moldador. Quando no se utiliza tubo moldador, a execuo da estaca efetuada com o

    auxlio de trados ou ainda lamas bentonticas.

    No que se refere ao efeito que a sua instalao provoca no terreno, procede-se a uma diviso em trs

    categorias tendo em conta o volume de solo deslocado pelo processo de instalao (Tomlinson, M. e

    Woodward, J., 1993):

    Estacas de grandes deslocamentos: Incluem estacas de seco cheia e estacas tubulares

    de base fechada. Podem ser cravadas ou injetadas no solo, provocando um grande

    deslocamento no terreno. Todos os tipos de estacas cravadas no local pertencem a esta

    categoria;

    Estacas de pequenos deslocamentos: Estacas cravadas ou injetadas no solo, mas que

    provocam menores perturbaes devido rea da sua seco ser reduzida

    comparativamente s estacas de grandes deslocamentos;

    Estacas de substituio: Estacas em que o processo de instalao consiste em retirar o

    solo para no seu lugar ser executada a estaca. A escavao implica a utilizao de lamas

    de estabilizao, de um suporte (provisrio ou definitivo) ou de uma combinao de

    ambos, de forma a suportar o solo antes da betonagem da estaca.

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    11

    No quadro seguinte faz-se uma diviso das estacas consoante a influncia que estas tm no solo,

    processo de execuo e as caractersticas das seces e materiais utilizados, resumindo tudo aquilo que

    foi dito.

    Quadro 2 Classificao das estacas

    Efeito no Solo Processo de Execuo Material

    Grandes deslocamentos Pr-fabricada e

    cravada

    Pea slida:

    Madeira

    Beto

    Pea tubular obturada na

    ponta:

    Tubos metlicos

    Tubos em beto

    Pequenos deslocamentos Pr-fabricada e

    cravada

    Perfis metlicos:

    Seces H e I

    Tubos metlicos

    abertos

    Estacas metlicas

    helicoidais com elementos

    metlicos

    Extrao de solo

    Moldada com

    sustentao provisria

    Beto com molde perdido

    Beto com:

    Molde recupervel

    Lamas bentonticas

    Moldada sem

    sustentao provisria Beto

    A seleo de um determinado tipo de estaca ser influenciada por (Tomlinson, M. e Woodward, J.,

    1993):

    Localizao da obra;

    Tipo de estrutura;

    Condies do solo;

    Durabilidade dos materiais utilizados.

    No presente trabalho, como a anlise ir ser efetuada apenas para solos argilosos, interessa destacar as

    estacas recomendadas para este tipo de solo. Para solos finos como siltes e argilas que apresentem

    rigidez aprecivel, recomendada a utilizao de estacas moldadas, com o processo de execuo a

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    12

    consistir na escavao atravs de um trado, com o suporte do furo a ser realizado por lamas

    bentonticas. No caso de solos argilosos moles, ou seja de grande compressibilidade, este mtodo no

    recomendado, devendo-se proceder instalao da estaca por cravao (Tomlinson, M. e

    Woodward, J., 1993).

    2.4. ALTERAO DO ESTADO DE TENSO

    2.4.1 ESTACAS CRAVADAS

    Quando uma estaca cravada num macio argiloso, o seu processo de cravao vai gerar o

    deslocamento de um volume de solo igual ao volume da estaca. O volume de solo deslocado densifica

    o solo circundante estaca, criando-se assim uma zona de perturbao com um raio de cerca de 3 a 5

    dimetros (Bowles, J.E., 1988). Inicialmente h uma perda considervel da resistncia no drenada da

    argila, devido reestruturao da mesma por cravao com um teor de gua constante (Poulus, H.G.A.

    e Davis, E.H., 1980). A argila prxima da estaca sofre uma remoldagem extensa e d-se a criao de

    excessos de presso neutra, provocando alteraes significativas no comportamento do macio

    (Tomlinson, M. e Woodward, J., 1993) .

    Ocorre uma alterao do estado de tenso do solo, com um aumento das tenses horizontais, logo, o

    coeficiente de impulso passa a ser superior ao coeficiente de impulso em repouso.

    Fig. 5 Variao do coeficiente de impulso e deslocamento do terreno devido ao processo de cravao da estaca. Fonte: (Cardoso, A.S. e Costa, P.A., 2014)

    Como se pode compreender, o processo de cravao vai ter uma influncia clara na capacidade de

    mobilizao da resistncia lateral, contudo, este efeito passageiro, com um aumento da capacidade

    de carga com o decorrer do processo de consolidao.

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    13

    Fig. 6 Evoluo temporal da capacidade de carga de uma estaca cravada num macio argiloso. Fonte: Adaptado de (Poulus, H.G.A. e Davis, E.H., 1980)

    O aumento da capacidade de carga com o tempo resultado de dois fatores:

    Restaurao parcial das ligaes estruturais destrudas pelo revolvimento do solo

    (tixotropia);

    Consolidao local da argila, ocasionada pela dissipao dos excessos de presso neutra.

    Em argilas normalmente consolidadas, o excesso de presses neutras, que poder atingir valores da

    ordem de 4 a 6 vezes da resistncia no drenada, pode levar semanas ou meses a dissipar-se. Resulta

    assim que, nesta fase, h uma diminuio das tenses efetivas e portanto da resistncia do solo.

    Qualquer carregamento ser ento resistido em condies no drenadas. Com o tempo, a argila

    distribuda ao longo do fuste tende a preencher as fissuras resultantes do processo de cravao e a gua

    expulsa do solo conduzida para o solo envolvente, resultando num material mais seco e resistente em

    contacto com o fuste da estaca (Tomlinson, M. e Woodward, J., 1993).

    O solo adjacente estaca torna-se mais resistente que o solo envolvente durante a consolidao e a

    resistncia ao corte passa a ser aproximadamente igual resistncia no drenada do solo, determinada

    atravs de ensaios triaxiais de amostras indeformadas, recolhidas antes da cravao (Esrig, M. e Kirby,

    R., 1979).

    No caso de argilas rijas, fortemente consolidadas, o comportamento diferente. Na cravao, ocorre

    na mesma um movimento horizontal e ascendente do solo, porm, poder ocorrer uma fissurao

    radial volta da estaca. A vibrao lateral das estacas, devido ao processo de cravao, poder criar

    ainda uma folga entre a zona superior da estaca e o solo circundante. Os excessos de presso neutra

    desenvolvidos na zona perifrica da estaca, so rapidamente dissipados atravs do sistema de fissuras

    criado pela cravao, com a criao de excessos de presso neutra negativa devido expanso do solo.

    Isto pode resultar num aumento temporrio das tenses efetivas e, consequentemente, da resistncia do

    solo. Neste caso, as condies a longo prazo podem ser desfavorveis face s condies verificadas no

    final da construo (Tomlinson, M. e Woodward, J., 1993).

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    14

    Estudos realizados sobre o fenmeno de consolidao das argilas ao redor de estacas cravadas,

    mostraram que o ganho da resistncia com o tempo, seria controlado por um fator tempo ()

    proporcional ao quadrado do dimetro ou raio da estaca (Soderberg, L.O., 1962).

    O valor corresponde a um coeficiente de consolidao horizontal do solo, o tempo decorrido

    desde a cravao da estaca e o raio desta. Dados experimentais, sobre a previso terica do aumento

    da capacidade de carga de duas estacas de grande dimetro cravadas em um depsito profundo de

    argila marinha, mostram que, em estacas at 35 cm de dimetro, a capacidade de carga mxima

    atingida no mximo ao fim de um ms, enquanto estacas de 60 cm de dimetro podem levar um ano a

    atingir a sua capacidade de carga mxima(Vesic, A.S., 1977).

    2.4.2. ESTACAS MOLDADAS

    A instalao de estacas moldadas em argilas tem sido estudada especialmente em relao aos efeitos

    que estas provocam na adeso entre a estaca e o solo. Esta adeso geralmente menor que a

    resistncia no drenada anterior construo. Tal deve-se, principalmente, ao amolecimento da argila

    prxima da superfcie (Poulus, H.G.A. e Davis, E.H., 1980), j que existe um aumento do teor em

    gua e diminuio da resistncia do solo imediatamente adjacente s interfaces solo-estaca. Isto deve-

    se a:

    Absoro da gua proveniente do beto;

    Migrao da gua no interior macio para as zonas mais prximas do furo;

    Introduo de gua no furo para facilitar as operaes de desmonte.

    Em relao ao estado de tenso, nas estacas moldadas com recurso a tubo moldador perdido

    praticamente no existem alteraes, podendo quanto muito provocar um pequeno aumento da

    compresso horizontal, devido ao processo de cravao do tubo moldador.

    Fig. 7 Variao do coeficiente de impulso e deslocamento do terreno em estacas instaladas com recurso a tubo moldador perdido. Fonte: (Cardoso, A.S. e Costa, P.A., 2014)

    =

    2 (2.8)

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    15

    Em estacas moldadas sem uso de tubo moldador perdido, a construo das estacas pode provocar uma

    forte descompresso do macio, sendo esta normalmente minimizada com a utilizao de lamas

    bentonticas.

    Fig. 8 - Variao do coeficiente de impulso e deslocamento do terreno em estacas moldadas no terreno. Fonte: (Cardoso, A.S. e Costa, P.A., 2014)

    2.5. AVALIAO DA CAPACIDADE DE CARGA

    2.5.1 RESISTNCIA LATERAL

    A componente da resistncia lateral pode ser analisada como a resistncia ao deslizamento de um

    slido em contacto com o solo, assim, usualmente o seu valor considerado como a soma de duas

    parcelas:

    Onde a aderncia entre a estaca e o solo, a tenso radial na estaca e o ngulo de atrito solo-

    estaca.

    Em argilas saturadas em condies no drenadas, o ngulo de atrito solo-estaca nulo com a

    resistncia lateral a tomar o valor da aderncia (Poulus, H.G.A. e Davis, E.H., 1980). A aderncia por

    sua vez varia consideravelmente dependendo do tipo da estaca, solo e mtodo de instalao.

    Idealmente o valor da aderncia deveria ser determinado a partir de ensaios de carga, porm, isso nem

    sempre possvel, com este valor a ser determinado empiricamente relacionando-o com a resistncia

    no drenada. Na figura seguinte apresentada esta relao, segundo vrios autores, para o caso de

    estacas de beto cravadas. Em solos argilosos moles, em que inferior a cerca de 24 kPa, a

    utilizao de uma aderncia solo estaca igual resistncia no drenada pratica comum (Poulus,

    H.G.A. e Davis, E.H., 1980).

    = + tan (2.9)

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    16

    Fig. 9 Fator de adeso para estacas cravadas em argilas Adaptado de (Poulus, H.G.A. e Davis, E.H., 1980)

    Em condies drenadas, por simplificao, toma-se que o valor de aderncia zero, com a resistncia

    lateral a depender unicamente das tenses radiais e do ngulo de atrito. A condio mais gravosa

    aquela em que o carregamento efetuado em condies no drenadas.

    Sero analisados assim dois mtodos de clculo para a obteno da resistncia lateral, um tendo em

    conta as condies drenadas (anlise em tenses efetivas - mtodo ) e outro tendo em conta as

    condies no drenadas (anlise em tenses totais - mtodo ).

    A anlise em tenses efetivas mais fcil de implementar e tecnicamente mais correta, porm a prtica

    comum efetuar a anlise em tenses totais. Esta anlise apresenta uma preciso inferior em relao

    anlise em tenses totais, todavia continua a ser o mais utilizado e aquele em que se obteve uma

    experincia muito mais ampla (Coduto, D.P., 2001). Ao efetuar a anlise em condies no drenadas

    preza-se tambm pelo lado da segurana

    2.5.1.1 Mtodo Alfa

    O mtodo alfa apresenta a seguinte expresso para avaliar a resistncia lateral unitria:

    Nesta expresso corresponde resistncia no drenada da argila adjacente estaca e um

    parmetro de adeso. O valor deste parmetro no consensual, existindo vrias propostas, sendo que

    a mais aceite a proposta desenvolvida pela American Petroleum Institute (API) citada por (Coduto,

    D.P., 2001), que baseada na interpretao de ensaios de carga trao e compresso, refletindo

    uma correlao entre o parmetro alfa e a resistncia no drenada no solo.

    A figura (10) apresenta a configurao grfica desta proposta com o quadro (2) a apresentar a sua

    traduo analtica. Seja qual for a circunstncia, neste mtodo, o valor da resistncia no drenada deve

    ser limitado a 100 kPa.

    =. (2.10)

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    17

    Fig. 10 Parmetro para a estimativa da resistncia unitria lateral-API. Fonte: Adaptado de (Kulhawy, F.H. e Jackson, C.S., 1989)

    Quadro 3 Soluo analtica para o valor de alfa segundo a Americam Petroleum Institute.

    25 = 1

    25 75 = 1,25

    100

    > 75 = 0,5

    2.5.1.2 Mtodo Beta

    Aplicando o mtodo , so apresentadas as seguintes hipteses (Burland, J., 1973):

    Antes do carregamento, os excessos de presses neutras geradas na instalao da estaca

    esto completamente dissipadas;

    Devido ao facto de as zonas de maiores deformaes em torno do fuste serem pequenas, o

    carregamento d-se em condies drenadas;

    Com a perturbao do solo durante a instalao, o solo no ter coeso efetiva e a

    resistncia lateral ser dada por:

    Na expresso a tenso radial efetiva na estaca, admitida proporcional tenso vertical efetiva

    inicial, com a representar a razo entre a tenso horizontal aps a instalao e a tenso vertical.

    Como j foi referido, este valor de , pode ser diferente do seu valor em repouso (0), dependendo do

    processo de instalao da estaca. O produto do valor de K pela tangente do ngulo de atrito solo-estaca

    () corresponde a .

    = tan() = 0 tan() = 0 (2.11)

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    18

    Visto isto, est dependente dos parmetros e , parmetros estes que dependem da histria de

    tenses do solo e das propriedades da superfcie da estaca. Estes podem ser retirados da bibliografia a

    partir das suas razes pelo coeficiente de impulso em repouso e pelo ngulo de atrito efetivo do solo

    respectivamente.

    Quadro 4 - Valores da razo /0 Fonte: Adaptado de (Coduto, D.P., 2001)

    Tipo de estaca e mtodo construtivo

    /0

    Cravada de grande deslocamento 0,7-1,2

    Cravada de pequeno deslocamento

    1,0-2,0

    Moldada 0,9-1,0

    Quadro 5 - Valores da razo / . Fonte: Adaptado (Coduto, D.P., 2001)

    Tipo de estaca /

    Beto "rugoso" 1

    Estaca pr-fabricada 0,8-1

    Ao "rugoso" 0,7-0,9

    Perfis metlicos 0,5-0,7

    Madeira 0,8-0,9

    O valor mais alto dos intervalos apresentados no quadro (4) diz respeito a solos densos saturados,

    estando aqui includos os solos argilosos moles, por sua vez, os valores mais baixos dizem respeito a

    solos soltos secos. Pela anlise do quadro pode-se concluir que em argilas saturadas o valor do ngulo

    de atrito solo-estaca aproximadamente igual ao ngulo de atrito efetivo do solo.

    Anlises feitas por (Burland, J., 1973), em argilas moles normalmente consolidadas, demonstraram

    que o valor inferior do parmetro , neste tipo de solo dado por:

    Admitindo que a rotura ocorre no solo remexido junto ao fuste da estaca, de forma a que = e

    sabendo que, antes da estaca ser instalada, o coeficiente de impulso igual ao coeficiente de

    impulso em repouso. Para uma estaca cravada, deve ser maior do que 0, com isto, e adotando-se

    = 0 fica-se a favor da segurana. Como:

    = tan() (2.12)

    = (1 ) tan (2.13)

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    19

    Obtm-se a expresso (2.13), pelo seu estudo verifica-se que quanto menor for o ngulo de atrito

    efetivo do solo, menor ser o valor de . Para valores entre 20 e 30 do ngulo de atrito efetivo do solo

    os valores de variam entre 0,24 e 0,29, para valores entre 10 e 20 obtm-se valores entre 0,16 e 0,24.

    Segundo (Fellenius, B.H., 1999), as argilas moles normalmente consolidadas apresentam valores de

    entre 0,25 a 0,35, ligeiramente diferente da soluo de (Burland, J., 1973). Por sua vez, argilas

    ligeiramente sobreconsolidadas apresentam valores entre 0,27 a 0,50. Quanto maior for o grau de

    consolidao da argila, maior ser o valor de .

    2.5.2 RESISTNCIA DE PONTA

    A longo prazo, a resistncia de ponta nas argilas, em condies drenadas, apresenta um valor em

    muito superior ao verificado em condies no drenadas. No entanto, os deslocamentos necessrios

    para mobilizar essa resistncia so geralmente superiores aqueles tolerveis pelas estruturas. Com isto,

    e devido ao facto de que as estacas necessitarem de uma capacidade de carga imediata para prevenir

    roturas a curto prazo, procede-se ao clculo desta resistncia em condies no drenadas. Para esse

    clculo utiliza-se a resistncia no drenada da argila e um coeficiente de capacidade de carga,

    (Fleming, K. et al., 1994).

    O coeficiente de capacidade de carga, , toma um valor de 9 para o caso em que a estaca penetra pelo

    menos 3 dimetros num estrato rgido em profundidade. No caso da estaca apenas assentar no estrato

    de fundao, o valor de , deve ser inferior tomando-se normalmente o valor de 6 (Fleming, K. et

    al., 1994).

    2.6. ATRITO NEGATIVO

    O atrito negativo um fenmeno que deve ser observado sempre que se est na presena de um solo

    mole. Ocorre no fuste da estaca ou em parte dele e deve-se existncia de deslocamento relativos

    entre o solo e a estaca. Neste caso, o assentamento da estaca inferior ao do solo envolvente o que

    conduz criao de foras na sua interface, foras estas com sentido descendente.

    As aes do solo provocam assim um aumento das cargas na estaca em vez de as reduzir. Este

    fenmeno gera-se principalmente, devido a:

    Assentamento de grandes reas de argilas moles normalmente ou ligeiramente

    consolidadas, consequncia do aumento das tenses efetivas verticais em resultado do

    rebaixamento do nvel fretico, como o caso da cidade do Mxico;

    Consolidao de camadas moles subconsolidadas antes da instalao das estacas, ou

    consolidao em solos normalmente consolidados, consequncia da dissipao dos

    excessos de presso neutra provocados pela cravao das estacas;

    Consolidao de camadas moles devido instalao de aterros ou aplicao de cargas

    superfcie depois da instalao das estacas.

    A avaliao deste fenmeno de grande importncia em estacas compresso j que para alm do

    efeito do atrito negativo resultar num acrscimo das aes ao longo do fuste, a existncia de

    0 = (1 ), com OCR=1 para argilas normalmente consolidadas (2.14)

    = (2.15)

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    20

    assentamentos do terreno face estaca promovem uma eliminao da possibilidade de mobilizao de

    resistncia lateral.

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    21

    3 DIMENSIONAMENTO DE ESTACAS

    COM BASE EM ENSAIOS

    ESTTICOS AXIAIS

    3.1.ASPECTOS GERAIS

    Num ensaio de carga esttico, procede-se aplicao de uma carga controlada no eixo da estaca

    durante um determinado intervalo de tempo com o objetivo de obter, atravs de instrumentao, o

    deslocamento provocado pela carga aplicada e o modo de transferncia de cargas ao longo do sistema

    solo-estaca. Este carregamento pode ser de compresso, trao ou carregamento lateral.

    de salientar que os ensaios de carga estticos so onerosos, s se justificando a sua realizao em

    obras importantes e de grandes dimenses, onde necessria uma aferio cuidadosa do

    comportamento das estacas, quer em termos de resistncia como de deslocamento. A sua utilizao

    recomendada quando o seu nmero obviamente reduzido, trazendo algumas questes quanto

    relevncia dos seus resultados. Porm, no deve ser posto de parte, nem excludo dos trabalhos, j que,

    permitem uma conceo mais racional do projeto e possibilitam a confirmao da capacidade de carga

    do solo de uma forma muito mais fivel que os mtodos analticos de anlise e formulas dinmicas.

    O melhor conhecimento do comportamento do solo permite por sua vez uma reduo do comprimento

    da estaca ou, pelo contrrio, um aumento da carga de projeto. Qualquer que seja a opo do projetista,

    a realizao de ensaios estticos pode vir a trazer poupanas no custo final da obra.

    Uma das alternativas aos ensaios de carga estticos, que no faz parte do mbito deste trabalho, mas

    que deve ser mencionada, so os ensaios de carregamento dinmico. Segundo o Eurocdigo 7, estes

    ensaios podem ser utlizados, para estimar a capacidade resistente compresso das fundaes, desde

    que tenham sido calibrados em relao a ensaios de carga estticos efetuados sobre estacas do mesmo

    tipo com seco transversal e comprimentos semelhantes e em condies comparveis de solo (IPQ,

    2010).

    3.2. ENSAIOS DINMICOS

    O ensaio de carga dinmico tem como principal objetivo, tal como o ensaio esttico, a determinao

    da capacidade de carga na interao solo-estaca, para carregamentos axiais. O ensaio difere das

    tradicionais provas de carga esttica, pelo facto do carregamento consistir na aplicao de impactos

    dinmicos na cabea da estaca, a partir de um sistema adequado de percusso. Geralmente este sistema

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    22

    consiste num bate estacas com pilo de queda livre ou de um martelo hidrulico (Cintra, J.C. et al.,

    2013).

    Os impactos dinmicos criam uma perturbao na cabea da estaca, que se propaga na forma de uma

    onda longitudinal ao longo de todo o seu cumprimento, refletindo na sua ponta.

    Fig. 11 Esquema de realizao do ensaio de carga dinmico.

    Com base na teoria da propagao da onda possvel avaliar as resistncias laterais e de ponta, a partir

    de medies de fora e velocidade total em qualquer ponto da estaca. A medio das foras

    geralmente efetuada a partir de extensmetros eltricos previamente cravados no topo da estaca.

    Quanto velocidade, esta obtida por integrao do tempo do sinal obtido em acelermetros

    instalados juntamente com os extensmetros. Os resultados obtidos durante o processo de ensaio so

    enviados para um sistema de aquisio e tratamento de dados (PDA-Pile Driving Analyser).

    Fig. 12 Esquema de instalao da instrumentao do ensaio de carga dinmico.

    Pilo

    Capacete

    Estaca

    Resistncias

    Mobilizadas

    Estaca

    Extensmetro Acelermetro

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    23

    Fig. 13 Sensores instalados na estaca.

    Vantagens:

    Ensaio de carga consideravelmente menos oneroso em comparao com um ensaio de

    carga esttico;

    Obteno de uma srie de informaes no instante da instalao das estacas cravadas,

    como a eficincia do sistema de cravao, verificao da integridade da estaca e avaliao

    da resistncia mobilizada;

    Ensaio expedito, sendo possvel realizar um nmero significativo de testes em tempo til

    compatvel com a programao da obra;

    Desvantagens:

    No caso de estacas moldadas, torna-se necessrio montar um sistema complementar para

    aplicao do impacto;

    Avaliao da resistncia mobilizada, a energia transmitida pelo impacto do martelo pode

    no ser suficiente para mobilizar toda a resistncia disponvel no sistema solo-estaca.

    Em testes realizados em estacas cravadas em macios de argila porosa, a capacidade de carga obtida

    atravs de ensaios de carga estticos e dinmicos apresenta uma diferena de 11,5% (Fo, S. et al.,

    2002). Este valor menor do que o verificado em estacas cravadas, ensaiadas at a rotura do sistema

    solo-estaca, em que a metodologia de ensaio dinmico apresenta uma carga de rotura 15% superior

    verificada na carga de rotura esttica (Nyama, S. e Aoki, N., 1991). Outros valores encontrados na

    bibliografia sugerem que a diferena da capacidade de carga obtida atravs dos ensaios dinmicos e

    estticos deve estar situada em torno dos 20% (Gonalves, C. et al., 2000).

    A comparao do comportamento carga-assentamento entre os ensaios estticos e dinmicos mostram

    um bom grau de conformidade, com os ensaios dinmicos a apresentarem resultados mais

    conservativos em relao s deformaes, com assentamentos superiores aqueles que so verificados

  • Ensaios Estticos de Estacas em Solos Argilosos

    24

    nos ensaios estticos (Osman, M. et al., 2013). Conclui-se com isto que, os ensaios dinmicos so uma

    boa alternativa realizao de provas de carga estticas, para a previso da capacidade de carga

    ltima, devendo no entanto ser calibrado em relao a ensaios estticos realizados em condies

    comparveis.

    Em obras de grandes dimenses em que se realizam ensaios estticos, sugere-se a realizao tambm

    de ensaios dinmicos na mesma estaca. Da anlise comparativa dos ensaios, podem-se determinar

    parmetros do conjunto solo-estaca, possibilitando utilizar as informaes para a realizao de mais

    ensaios dinmicos. Estes ensaios podem funcionar assim como um complemento realizao de

    ensaios de carga estticos, com a consequente diminuio de custos finais.

    3.3. PROCEDIMENTO REGULAMENTAR ENSAIO DE CARGA ESTTICO

    Na fase de projeto, a carga definida como carga de dimensionamento resultado de anlises estticas e

    consideraes das tenses admissveis no material da estaca. Um fator de segurana aplicado carga

    de projeto, dependendo da confiana nos mtodos de anlise, da qualidade do processo de explorao

    do subsolo e no mtodo de controlo de construo utilizado.

    Existem vrios mtodos que podem ser usados para o controlo do dimensionamento, sendo que o fator

    de segurana aplicado deve crescer de acordo com a falta de confiana. No quadro seguinte esto

    apresentados os fatores de segurana recomendados pela American Association of State Highway and

    Transportation Official (ASSHTO).

    Quadro 6 Coeficientes de segurana recomendados pela ASSHTO. Fonte: Adaptado de (Hannigan, P.J. et al., 2006)

    Mtodo de Controlo Coeficiente de

    Segurana

    Ensaio de Carga Esttico 2

    Ensaio Dinmico 2,25

    Anlise da Equao de Onda 2,75

    Formulas Dinmicas 3,5

    O valor apresentado no quadro (6) para o coeficiente de segurana, com a realizao de ensaios de

    carga estticos no coincide com o utilizado pelo Eurocdigo 7, que pode tomar valores entre 1,2 e

    1,6. Porm, valores do coeficiente de segurana superiores so recomendados nas seguintes situaes:

    Co