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UNIVERSIDADE DE SO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE SO CARLOS
DEPARTAMENTO DE GEOTECNIA
COMPORTAMENTO DE ESTACASESCAVADAS EM SOLOS COLAPSVEIS
DISSERTAO DE MESTRADO APRESENTADA ESCOLADE ENGENHARIA DE SO CARLOS UNIVERSIDADE DESO PAULO, COMO REQUISITO PARA OBTENO DO
TTULO DE MESTRE EM GEOTECNIA.
AUTOR: CORNLIO ZAMPIER TEIXEIRA
ORIENTADOR: PROFESSOR DR. JOS HENRIQUE ALBIERO
SO CARLOS (SP), AGOSTO DE 1993
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AGRADECIMENTOS
Ao Professor Dr. Jos Henrique Albiero: pelo tema, o que j no pouco; pelaorientao serena e pelas demonstraes de amizade e confiana.
Aos Professores Francis Bogossian, Paulo Csar Corra Lopes e Fernando EmmanuelBarata, a quem devo os primeiros estmulos para iniciao Geotecnia.
A todos os que vieram antes: desde os grandes, que edificaram a Cincia, at ossimples operrios, como ns, cuja misso de abrir caminhos no lhes minimiza aimportncia.
Aos Professores do Departamento de Geotecnia da USP So Carlos, sem distino.
Sempre que solicitados, jamais tiveram avareza em emprestar conhecimentos,materiais e pacincia.
Aos meus colegas do Departamento de Engenharia Agrcola da ESAL EscolaSuperior de Agricultura de Lavras, que permitiram meu afastamento.
Bibliotecria, pela pacincia; s Secretrias, pela constante boa vontade; aos demaisfuncionrios e laboratoristas, principalmente pela convivncia amena e harmoniosa,que em muitos momentos serviu de restaurao do cansao.
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RESUMO
TEIXEIRA, C. Z. Comportamento de estacas escavadas em solos colapsveis. SoCarlos, Faculdade de Engenharia, Universidade de So Paulo, 1993. Dissertao de
Mestrado.
Este trabalho se prope a analisar os efeitos produzidos pela inundao dosolo em estacas escavadas, isoladas, submetidas a esforos de compresso. Osresultados obtidos referem-se execuo de trs provas de carga lentas em estacascom dimetros de 0,40 m e 0,50 m (2 provas de carga distintas) e comprimentos de10,0 m, submetidas anteriormente a uma srie de carregamentos (duas provas de cargarpidas e duas lentas). Os resultados relativos aos deslocamentos medidos no topo dasestacas e os obtidos pela instrumentao instalada ao longo do fuste so ento
comparados com a sequncia dos resultados anteriores, para avaliao do efeito deumedecimento no comportamento carga x recalque e nos mecanismos detransferncia de carga. feita ainda uma descrio minuciosa do processo utilizadopara inundao do solo e uma breve considerao sobre os efeitos da no reposio decargas em ensaios lentos, de longa durao.
Palavras-chave: solos colapsveis, provas de carga compresso, estacas escavadasinstrumentadas, transferncia de carga, comportamento carga-recalque.
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ABSTRACT
TEIXEIRA, C. Z. Behavior of excavated piles in collapsible soils. So Carlos,Faculdade de Engenharia, Universidade de So Paulo, 1993. Master thesis.
This work intends to analyze the effects produced by the flooding of the soil-excavated piles, isolated, subjected to compression efforts. The results refer to theexecution of three slow load tests on piles with diameters of 0.40 m and 0.50 m (2distinct load tests) and 10.0 m lengths, submitted previously to a number of shipments(two slow and two quick load). The results concerning offsets measured at the top ofthe stakes and those obtained by the instrumentation installed along the forend arethen compared with the sequence of the previous results, to evaluate the effect ofdamping in behavior "load x settlement" and load transfer mechanisms. It was alsomade a thorough description of the process used to flood the ground and a brief
consideration of the effects of non-replacement of loads in slow, long-term trials.
Keywords: collapsible soils, compressive load tests, excavated piles instrumented,load transfer, load-discharge behavior.
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RESUMO
LISTA DE FIGURAS ........................................................................................ i
LISTA DE TABELAS ....................................................................................... viiLISTA DE FOTOS ............................................................................................ ix
LISTA DE SMBOLOS ..................................................................................... x
CAPTULO 1 INTRODUO ....................................................................... 1
CAPTULO 2 REVISO BIBLIOGRFICA ................................................ 5
2.1 Colapsibilidade: mecanismos de formao ............................................... 5
2.2 Modos de inundao dos solos colapsveis ............................................... 9
2.3 Influncia do aumento do teor de umidade do solo de fundao .............. 11
2.4 Capacidade de carga de estacas escavadas ................................................ 12
2.4.1 Reviso do problema ......................................................................... 12
2.4.2 A prtica brasileira ............................................................................ 142.4.3 - Capacidade de carga de estacas escavadas em solos colapsveis
inundados ...........................................................................................................14
2.5 Anlise do comportamento de estacas ...................................................... 16
2.5.1 - Recalques: uma reviso sobre os mtodos clssicos .......................... 16
2.5.2 Estimativa de recalques em estacas isoladas ..................................... 18
2.6 Transferncia de carga .............................................................................. 18
2.6.1 - Funo transferncia de carga ......................................................... 182.6.2 Parmetros bsicos da transferncia de carga .................................... 24
2.7 Provas de carga ......................................................................................... 26
2.7.1 Finalidades, procedimentos e mtodos .............................................. 26
2.7.2 Definio da carga de ruptura ............................................................ 28
2.8 Mtodos de separao das parcelas de resistncia lateral e de ponta ........ 29
2.9 Mtodos de previso da curva carga x recalque ........................................ 30
2.10 Estacas sujeitas a carregamentos mltiplos. Tenses residuais .............. 31CAPTULO 3 CARACTERSTICAS DO CAMPO EXPERIMENTAL DAUSP SO CARLOS ........................................................................................ 383.1 Breve histrico .......................................................................................... 38
3.2 A geologia local ........................................................................................ 40
3.3 Localizao do campo experimental ......................................................... 40
3.4 Caracterizao geotcnica do material estudado ....................................... 41
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3.4.1 Ensaios de simples caracterizao ..................................................... 43
3.4.2 Permeabilidade ................................................................................... 45
3.4.3 Resistncia e compressibilidade ........................................................ 46
3.4.4 Sondagens de reconhecimento ........................................................... 46
3.4.5 Correlaes entre os diversos parmetros do solo ............................. 47CAPTULO 4 PROVAS DE CARGA: OBJETIVOS, MATERIAIS EMTODOS ........................................................................................................
48
4.1 Estacas ensaiadas e instrumentao .......................................................... 48
4.1.1 Objetivos ............................................................................................ 48
4.1.2 Descrio das estacas de prova .......................................................... 49
4.1.3 Instrumentao das estacas ................................................................ 50
4.1.4 Histrico do carregamento das estacas .............................................. 51
4.2 Mdulo de elasticidade longitudinal do material das estacas ................... 53
4.3 Montagem das provas de carga. Equipamentos e mtodos ....................... 554.4 Procedimento adotado para inundao do solo ......................................... 58
4.5 Algumas observaes registradas durante as provas de carga .................. 70
4.5.1 Influncia do processo de amostragem no teor de umidade .............. 704.5.2 Efeitos da no reposio de cargas durante a realizao das provas
de carga ..............................................................................................................71
4.5.3 Influncia da inundao na reverso dos recalques lidos .................. 71
CAPTULO 5 APRESENTAO DOS RESULTADOS ............................. 74
5.1 Generalidades ............................................................................................ 74
5.2 Comportamento carga x deslocamentos das provas de carga ................ 76
5.3 Transferncia de carga .............................................................................. 78
5.3.1 Tenses laterais x deslocamentos ...................................................... 87
5.3.2 Resistncia de ponta x deslocamentos ............................................... 91
CAPTULO 6 ANLISE DOS RESULTADOS ............................................ 94
6.1 Carga ltima .............................................................................................. 94
6.2 Anlise da evoluo da carga de ponta das estacas ................................... 96
6.3 Anlise das variaes Qp/Q0e Qs/Qpcom o carregamento ....................... 98
6.4 Anlise da variao da resistncia lateral com a profundidade ................. 1036.5 Anlise da variao das resistncias lateral e de ponta com osdeslocamentos da estaca .....................................................................................
104
6.6 Anlise do fator de mobilizao (ms) ........................................................ 108
6.7 Anlise dos recalques ................................................................................ 112
6.8 Anlise das cargas residuais ...................................................................... 114
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6.9 Separao das cargas lateral e de ponta .................................................... 115
6.10 Equivalncia de chuva ao processo de inundao adotado ..................... 118
CAPTULO 7 CONCLUSES ....................................................................... 119
CAPTULO 8 SUGESTES PARA CONTINUAO DAS PESQUISAS 126
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................... 128ANEXO - CRONOGRAMA DE ATIVIDADES DE CAMPO ........................ 141
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 Algumas regies do estado de So Paulo com potencialidade de ocorrerperfis similares rea de So Carlos .............................................................................3
Figura 2.1 Variao do teor de umidade e do grau de saturao com a profundidade(NADELO &VIDELA,1975b) ....................................................................................10
Figura 2.2 Curvas para estimativa de recalques em estacas escavadas segundoPOULOS (1989) ..........................................................................................................19
Figura 2.3 Variao do atrito lateral com a profundidade para diversos nveis decarregamento (FONTOURA, 1982) ............................................................................21
Figura 2.4 Curvas tpicas de distribuio de fs (VESIC, 1970b, apud SANTOS JR.(1988) ...........................................................................................................................22
Figura 2.5 Relao tenso lateral x deslocamentos segundo FONTOURA (1982)......................................................................................................................................23
Figura 2.6 Relao tenso lateral x deslocamentos segundo CLYLE & SULAIMAN(1967) ...........................................................................................................................23
Figura 2.7 Relao tenso lateral x deslocamentos segundo REESE et al. (1976) ..23
Figura 2.8 Carga admissvel de estacas segundo a NBR 6121 (ALONSO, 1991) ......30
Figura 2.9 Curvas de transferncia de carga do primeiro e segundo carregamento(MASSAD, 1991a) ......................................................................................................34
Curva 2.10 Mobilizao da resistncia lateral unitria em funo dos deslocamentos eleis de CAMBEFORT (MASSAD, 1991a) .................................................................35
Figura 3.1 Plano de implantao do campo experimental da USP So Carlos .......42
Figura 4.1 Seo tpica (longitudinal) de uma estaca, com a localizao dos pontosinstrumentados .............................................................................................................52
Figura 4.2 Afundamentos das estacas aps as 4 primeiras provas de carga ................53
Figura 4.3 Cavas experimentais para estudos preliminares do processo de inundaodas provas de carga ......................................................................................................60
Figura 4.4 Detalhes da cava experimental C2 ..............................................................61
Figura 4.5 Resultados das observaes sobre a inundao da estaca E2.....................63
Figura 4.6 vazo diria ingressante nas cavas das estacas de prova ...........................64
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Figura 4.7 Curvas de enchimento da cava C2 ..............................................................65
Figura 4.8 Curvas de esvaziamento da cava experimental C2 .....................................66
Figura 4.9 Variao da altura da lmina dgua da cava experimental C2 durante oesvaziamento ................................................................................................................66
Figura 4.10 Comparao entre umidades naturais obtidas por meio de amostrasindeformadas e tradagem manual e efeito da migrao da gua para paredes do furo.70
Figura 4.11 Curvas recalque x log t correspondentes aos estgios do colapso inicialdas estacas E2e E3 .......................................................................................................72
Figura 4.12 Fenmeno da diminuio de recalques com o tempo e do aumento decargas durante a inundao ..........................................................................................73
Figura 4.13 Variao diria das temperaturas do ar e da gua utilizada nas provas decarga .............................................................................................................................73
Figura 5.1 Curva carga x recalque observada (prova de carga D40(5) .......................80
Figura 5.2 Curva carga x recalque observada (prova de carga D50(5) .........................81
Figura 5.3 Curva carga x recalque observada (prova de carga D50(6) .......................82
Figura 5.4 Comparao entre as curvas carga x recalque das provas de carga D40(5)eD(50)5 .............................................................................................................................82
Figura 5.5 Prova de carga D50(6)mostrando a diferena entre os recalques imediatos eos estabilizados na descarga ........................................................................................83
Figura 5.6 Comparao entre leituras manomtricas e de clulas de carga ................83Figura 5.7 Variaes carga x deformaes (D50(6)) ..................................................85
Figura 5.8 Relao carga x deformaes (D4o(5)) .....................................................85
Figura 5.9 Relao carga x deformaes (D50(5)) .....................................................86
Figura 5.10 Curvas de transferncia de carga (D40(5)) ..................................................88
Figura 5.11 Curvas de transferncia de carga (D50(5)) ..................................................88
Figura 5.12 Curvas de transferncia de carga (D50(6)) ..................................................89
Figura 5.13 Variao de fscom a profundidade (D40(5)) ..............................................92Figura 5.14 Variao de fscom a profundidade (D50(5)) ..............................................93
Figura 5.15 Variao de fscom a profundidade (D50(6)) ............................................. 93
Figura 6.1 Variao de Qpcom Q0(D40) .................................................................... 99
Figura 6.2 Variao de Qpcom Q0(D50) .................................................................... 99
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Figura 6.3 Variao de Qp/Q0com Q0 .......................................................................101
Figura 6.4 Variao de Qs/Qpcom Q0 .......................................................................102
Figura 6.5 Variao das tenses laterais com os deslocamentos, para cada nvelinstrumentado (D40(5)) ................................................................................................105
Figura 6.6 Variao das tenses laterais com os deslocamentos, para cada nvelinstrumentado (D50(5)) ................................................................................................105
Figura 6.7 Variao das tenses laterais com os deslocamentos para cada nvelinstrumentado (D50(6)) ................................................................................................105
Figura 6.8 Variao da resistncia unitria de ponta com os deslocamentos para as 3provas de carga ..........................................................................................................107
Figura 6.9 Variao de mscom a profundidade (D40(5)) ............................................110
Figura 6.10 Variao de mscom a profundidade (D50(5)) ..........................................110
Figura 6.11 Variao de mscom a profundidade (D50(6)) ..........................................111
Figura 6.12 Relao entre recalques e dimetros para as estacas ensaiadas, com e seminundao ...................................................................................................................113
Figura 6.13 Carga aprisionada ao final do descarregamento (D50(6)) ........................115
Figura 6.14 Separao das cargas lateral e de ponta (D40(5)) .....................................117
Figura 6.15 Separao das cargas lateral e de ponta (D50(5)) .....................................117
Figura 8.1 Ilustrao da possibilidade de uma pesquisa ............................................127
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TABELAS
Tabela 2.1 Movimentos necessrios para mobilizao da resistncia de ponta ......... 25
Tabela 2.2 Movimentos necessrios para mobilizao da resistncia lateral ............. 26Tabela 3.1 Caracterizao do solo do campo experimental da USP So Carlos ..... 45
Tabela 3.2 Resultados dos ensaios de penetrao do campo experimental .................46
Tabela 4.1 Evoluo das cargas ltimas das estacas E1, E2e E3 .................................53
Tabela 4.2 Valores dos mdulos de Young das estacas do campo experimental ........54
Tabela 4.3 Estimativa do volume de gua necessrio para saturar uma coluna de solode 2,8 x 2,8 x 10 m ......................................................................................................67
Tabela 4.4 Variao do pH da gua de inundao .......................................................68Tabela 5.1 Sequncia da realizao das provas de carga .............................................74
Tabela 5.2 Dados para traado da curva carga x recalque (D40(5)) ...........................76
Tabela 5.3 Dados para traado da curva carga x recalque (D50(5)) ...........................77
Tabela 5.4 Dados para traado da curva carga x recalque (D50(6)) ...........................77
Tabela 5.5 Valores das sees homogeneizadas das estacas .......................................79
Tabela 5.6 Deformaes e cargas para as diversas sees instrumentadas (D50(6)) .....84
Tabela 5.7 Deformaes e cargas para as diversas sees instrumentadas (D40(5)) .....84
Tabela 5.8 Deformaes e cargas para as diversas sees instrumentadas (D50(6)) .....84
Tabela 5.9 Clculo de Q a partir dos dados de transferncia de carga (D40(5)) ............90
Tabela 5.10 Tenses laterais e deslocamentos, por trechos (D40(5)) ............................90
Tabela 5.11 Tenses laterais e deslocamentos, por trechos (D50(5)) ............................91
Tabela 5.12 Tenses laterais e deslocamentos, por trechos (D50(6)) ............................91
Tabela 5.13 Valores de resistncia unitria de ponta x deslocamentos ...................92
Tabela 6.1 Resistncia de ponta das diversas provas de carga (D40) ..........................97
Tabela 6.2 Resistncia de ponta das diversas provas de carga (D50) ..........................97
Tabela 6.3 Variao de Qs/Qpe Qp/Q0com o carregamento (D40(5)) .........................100
Tabela 6.4 Variao de Qs/Qpe Qp/Q0com o carregamento (D50(5)) .........................100
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Tabela 6.5 Variao de Qs/Qpe Qp/Q0com o carregamento (D50(6)) .........................100
Tabela 6.6 Variao de mscom a profundidade (D50(6)) ............................................108
Tabela 6.7 Variao de mscom a profundidade (D40(5)) .............................................109
Tabela 6.8 Variao de mscom a profundidade (D50(5)) ............................................109
Tabela 6.9 Separao das cargas (lateral e de ponta) nas provas de carga ................116
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FOTOS
Foto1 Trincas produzidas por recalque diferencial em residncia na zona urbana deSo Carlos ......................................................................................................................2
Foto 2 Vista do campo experimental da USP So Carlos ........................................47
Foto 3 Montagem de uma prova de carga tpica ..........................................................56
Foto 4 Cava experimental C2com detalhe do revestimento ........................................59
Foto 5 Tentativa de cravao de um tubo plstico de 4 para introduo de sonda denutrons ........................................................................................................................67
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LISTA DE SMBOLOS
a parmetro de Van der Veen que define o formato da curva exponencial da funocarga x recalque
di deformao (observada ou calculada) em uma seo genrica da estaca, a partir deleituras do indicador de deformaes correspondentes ao nvel instrumentado desteseo
e0 ndice de vazios do solo na sua condio natural
fp reao unitria de ponta
fs atrito lateral unitrio
h comprimento (ou altura) de uma estaca
k rigidez do sistema solo-estaca
m mobilizao da reao de ponta no momento da ruptura do terreno de fundao
ms fator de mobilizao do atrito lateral
p permetro da estaca
qc resistncia de ponta do ensaio de cone (deepsounding)
s resistncia ao cisalhamento (envoltria de Mohr Coulomb)
y deslocamento da estaca em uma seo genrica, a qualquer profundidade z
y1 deslocamento da ponta da estaca quando todo o atrito lateral mobilizado aolongo da estaca (saturao do fuste)
yr deslocamento residual registrado ao final de um carregamento anterior em umasequncia de provas de carga
z profundidade do solo ao longo da qual a estaca encontra-se instalada
w teor de umidade
A rea da seo transversal da estaca
Ah,i rea homogeneizada de concreto na seo i, considerando mdia ponderadaentre o concreto efetivo e a armadura da seo
A1 resistncia lateral da luva de Begemann no ensaio de cone (deepsounding)
A1r atrito lateral da estaca, na ruptura
Ap rea da ponta (ou base) da estaca
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As rea lateral da estaca (ou do segmento de estaca)
B 1 parmetro de Cambefort (1964)
D dimetro da estaca em uma seo qualquer
Db dimetro da base da estaca
E mdulo de deformao longitudinal de um material
Ep mdulo de elasticidade longitudinal do material da estaca
Kc fator de sensibilidade do indicador de deformaes
L comprimento da estaca
N nmero de golpes necessrios para penetrao do barrilete amostrador padro(SPT) dos ltimos 30 cm do comprimento total
P carga genrica aplicada na cabea de uma estaca durante prova de carga
Pu carga ltima (carga-limite ou capacidade de carga) de uma estaca de prova
Q carga genrica aplicada a uma estaca em condies de trabalho ou de ensaio
Qi carga calculada numa seo genrica i, em funo das leituras de deformaesna correspondente seo instrumentada
Qp carga na base da estaca
Qs parcela lateral da carga total resistida pela estaca
Q(z) funo distribuio do carregamento x profundidade
Qw carga de trabalho da estaca
Q0 carga aplicada na cabea da estaca durante a realizao de prova de carga
Q25 carregamento da prova de carga que produz um recalque de 25 mm
R 2 parmetro de Cambefort (1964)
S permetro da estaca
Sr grau de saturao do solo
deslocamento ou recalque do topo da estaca
massa especfica aparente do solo natural
d massa especfica aparente do solo seco
e recalque elstico, recuperado ao final do descarregamento de uma prova de carga
p recalque calculado da ponta da estaca
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s massa especfica dos slidos
t recalque total considerando a soma das parcelas: recalque elstico e recalqueplstico
0 recalque observado no topo da estaca atravs dos extensmetros, durante a prova
de carga
- recalque admissvel (neste trabalho considerou-se, arbitrariamente, igual a 25
mm)
coeficiente de Poisson
tenso normal a uma superfcie horizontal do solo em qualquer profundidade z
)(z - funo transferncia de carga (ou distribuio do atrito lateral) ao longo da
profundidade z.
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CAPTULO 1 INTRODUO
Numerosas pequenas construes na cidade de So Carlos (SP) exibem
fissuras tpicas de recalques diferenciais de fundaes, mormente nas regiesperifricas e em zonas onde esto concentradas construes mais antigas. So
frequentes alguns danos bastante relevantes, extrapolando nveis de trincas e fendas,
s vezes inviabilizando esttica e estruturalmente a construo. Subsidncia de pisos e
passeios pblicos so tambm notveis, geralmente associados infiltrao de guas
pluviais e ao rompimento de tubulaes de esgotos sanitrios.
SILVEIRA & SILVEIRA (1958) afirmam: h (em So Carlos) elevado
nmero de casas trincadas que so, entretanto, generalizadamente admitidas sob aalegao de que no seria compensador, em face do valor das obras comuns, um
melhor estudo do problema.
Ainda nos dias atuais, este quadro no precisa ser modificado (FOTO 1) e o
carter colapsvel destes solos o principal agente formador de tais danos.
A inquestionvel vocao geotcnica da Escola de Engenharia de So Carlos
USP, cujo bero est ligado aos anos 50 com Victor de Mello e Alberto H. Teixeira,
acumulou, ao longo de mais de trs dcadas, um respeitado acervo de informaes
geolgico-geotcnicas do interior do Estado de So Paulo, em reas de notvel
significado econmico.
Portanto, ao se estudar os solos de So Carlos, do ponto de vista de fundaes,
isto equivale a estender determinadas concluses para algumas regies similares
(FIGURA 1.1).
Nos ltimos anos o crescimento vertical tem sido a tnica da maioria dascidades de mdio porte, acarretando um considervel aumento das cargas de trabalho.
Justifica-se, assim, investigar as reais condies da capacidade de carga, a evoluo
dos recalques com o carregamento e os mecanismos de transferncia de carga do
sistema solo-estaca em fundaes profundas.
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FOTO 1 Construo na zona urbana de So Carlos exibindo sinais externos de danos severos emfuno de recalques diferenciais
Esta pesquisa est inserida em um estudo global implantado com esta
finalidade; cabe-lhe determinar como as estacas escavadas se comportam em um solo
colapsvel sob inundao, complementando estudos precedentes sobre as mesmas
estacas sob condies no inundadas, em carregamento lento (MANTILLA, 1993) e
rpido (SACILLOTO, 1993).
O tipo de estaca, objeto deste estudo, a escavada mecanicamente econcretada in loco. Esta modalidade vem encontrando crescente aceitao da parte
de projetistas e construtores em funo de vantagens como: a) baixo custo; b) ausncia
de vibrao quando de sua instalao; c) flexibilizao de seu comprimento,
possibilitando ainda visualizar o subsolo atravessado.
Por tudo isto, as duas ltimas dcadas assistiram a um rpido
desenvolvimento de mtodos construtivos, porm no acompanhado por processos de
clculo confiveis. Certos conhecimentos clssicos, implcitos nas teorias decapacidade de carga e de deformabilidade de estacas cravadas, escapam de seu
domnio (a menos que algumas idealizaes sejam feitas, principalmente sob o ponto
de vista do verdadeiro estado de tenses aps a sua instalao. Caminha-se, portanto,
no sentido de um amplo favorecimento de formulaes empricas.
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FIGURA 1.1 Algumas regies do estado de So Paulo com potencialidade de ocorrer perfissimilares rea de So Carlos (GIACHETI, 1991)
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Assim, torna-se justificvel enfatizar as pesquisas regionais, onde processos
construtivos e condies peculiares de subsolo sejam razoavelmente similares.
Esta uma pesquisa comparada. Seus objetivos sero claramente definidos
em (4.1.1). Estabelecem-se como premissas:
1) Qual a reduo da capacidade de carga do terreno de fundao nas
condies de solo inundado?
2) Qual a influncia da inundao na interao entre as resistncias, lateral
e de ponta?
Para este fim, dispe-se de informaes preliminares, principalmente
MANTILLA (1993). Tais dados sero tomados como parmetros-guia para efeito de
comparao.
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CAPTULO 2 REVISO BIBLIOGRFICA
A fim de atender algumas necessidades de clculo e, principalmente, respaldar
discusses, anlises e concluses, sero levantados os resultados, conceitos e
proposies disponveis. Na medida do possvel, as pesquisas locais e regionais sero
valorizadas.
2.1 COLAPSIBILIDADE: MECANISMOS DE FORMAO
Entende-se por solo colapsvel aquele de estrutura metaestvel, com baixo
grau de saturao e que, por efeito de molhagem e/ou de carregamento (sobrecarga ou
peso prprio) conduzido a um radical rearranjo de partculas, acarretando sensvel
reduo de volume.
Os pr-requisitos fundamentais para a instalao do colapso so:
1) ndice de vazios elevado
2) Umidade natural inferior umidade de saturao
3) Resistncia provisria produzida por:
a.Agentes cimentantesb.Tenses capilares capazes de serem desenvolvidas para teores de
umidade in situ inferiores ao limite de contrao, gerando presses
neutras negativas (DUDLEY, 1970).
Tem sido generalizadamente empregada a expresso colapso por saturao,
contradizendo concluses j bem estabelecidas no histrico da descrio de solos
colapsveis. MOORE (apud DUDLEY, 1970) reconhece a existncia da saturao
tima, inferior a 100%, para a qual se d o colapso. Informa ainda que a perda deresistncia iniciada quando o grau de saturao cresce alm de 50% a 60%.
O postulado clssico de DUDLEY (1970), segundo o qual as ligaes
cimentantes tm origem essencialmente nas tenses capilares, tem precedentes:
HOLTZ & HILF (1961) admitem que o colapso proveniente da inundao do solo
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resulta em destruio das presses capilares para um grau de saturao vizinho a
100%, onde o crculo de MOHR se desloca para a esquerda e intercepta a envoltria
de resistncia do solo.
Tambm BURLAND (1965) postula, nesta mesma linha de raciocnio, que o
decrscimo das presses negativas existentes nos contatos pontuais entre as partculas
durante a inundao origina escorregamento e distores irrecuperveis dos slidos,
com a consequente diminuio de volume.
H um generalizado pressuposto, equivocado ademais, segundo o qual os
solos naturais, e somente eles, so potencialmente colapsveis. A aceitao deste
princpio deve ser combatida, sob o risco de se tentar impor a compactao como uma
soluo universal para as fundaes problemticas. At um passado bem recente, eramais ou menos consensual que o colapso um fenmeno primordialmente sensvel
mudana no comportamento tenso x deformao do solo e que s pode ocorrer
custa da aplicao de uma certa tenso, inferior de ruptura.
Sendo assim, a tendncia de se produzir colapso em uma massa de solo aps
sujeit-lo a um determinado nvel de presses, poderia ser simplesmente combatido
atuando-se na condio de ser do solo, pela introduo de novas caractersticas
oriundas da compactao. Esta distoro conceitual passa por novas revises, sobenfoques mais modernos e discutidos luz dos conhecimentos sobre solos
parcialmente saturados, embora existam evidncias de percepo desta questo desde
a constatao de HOLTZ (1948) da existncia de colapso em aterros, posteriormente
confirmado por BARDEN et al. (1973).
Nas razes da abordagem terica desta conceituao encontra-se o trabalho de
FOSS (1973), onde se constata a existncia de uma relao linear decrescente entre a
porcentagem de colapso e a densidade seca para solos compactados no ramo seco.
Simultaneamente, ESCARIO & SAEZ (1973) demonstram,
experimentalmente, que a variao de volume durante o colapso de solos no
saturados est relacionada com a variao da matriz de suco, enquanto se controlam
as presses do ar e da gua.
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A concluso de FOSS (1973) confirmada por POPESCU (1986) e
parcialmente referendada por BENDELFADHEL (1989), que encontra uma relao
parablica para teores de umidade muito baixos.
Dentro deste novo enfoque devem ser destacados os trabalhos de
FREDLUND (1976; 1979), FREDLUND & MORGENSTERN (1976; 1977),
culminando com um trabalho mais recente de TADEPALLI & FREDLUND (1991).
Neste ltimo so feitos ensaios edomtricos em amostras inundadas antes, durante e
aps os ensaios com dois objetivos: 1) demonstrar a unicidade da relao envolvendo
a matriz e suco e a variao de volume total durante o colapso; 2) demonstrar a
validade da teoria de adensamento unidirecional proposta para os solos no saturados.
No obstante a persistente tendncia de se averiguar a colapsibilidade emsolos compactados (COX, 1978; CLAYTON, 1980) ser til para justificar a
ocorrncia de colapso em estacas sucessivamente ensaiadas, ainda a abordagem
clssica que mais se aproxima dos fins prticos direcionados aos estudos sobre
fundaes. Apesar desta ressalva, deve-se levar em considerao estes novos
conhecimentos, pelo menos como uma perspectiva interessante sobre o assunto.
No caso concreto dos solos de So Carlos, a identificao mais remota da
colapsibilidade pode ser associada aos relatrios 2269 e 2181 do IPT (1954), queforneceram elementos de projeto para edificaes no campus da USP So Carlos.
GRIM &GRADLEY (1963), estudando a mineralogia de uma amostra local, do
subsdios para esta evidncia. Trabalhos acadmicos e ensaios de rotina em
laboratrio acumularam-se durante os anos seguintes, sem, contudo, merecer qualquer
divulgao formal para a comunidade tcnica. O marco pioneiro, que pode ser tomado
como um estudo definitivo nesta rea, deve ser atribudo a VILAR (1979). Embora a
pesquisa tenha utilizado amostras de pequena profundidade (inferiores a 2 m), os
resultados e as concluses so plenamente favorveis sua adoo, tendo sido
realizados 72 ensaios de adensamento em solos provenientes de trs reas distintas,
sendo uma delas prxima ao local onde se encontra o atual campo experimental de
fundaes da USP So Carlos.
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Os critrios adotados por VILAR (1979) para identificao dos solos
colapsveis de So Carlos so os clssicos, que utilizam ndices fsicos ou
propriedades ndices, baseados no conceito geral de saturao do solo para um teor de
umidade correspondente ao limite de liquidez (DENISOV, 1951; PRIKLONSKIJ,
1952; FEDA, 1966; GIBBS & BARA, 1967) e a metodologia para quantificao dos
recalques por colapso provocados por inundao do solo foi baseada em ensaios
edomtricos (JENNINGS & KNIGHT, 1957; REGINATTO & FERRERO, 1973).
Para efeito de discusso sugestivo questionar at que ponto a quantificao
de recalques por colapso pelo processo do ensaio edomtrico vlida. Com efeito,
grande parte dos deslocamentos iniciais no mobilizam nenhuma reao de ponta no
caso de estacas escavadas virgens. Haveria, deste modo, alguma reserva a ser imposta
a este tipo de ensaio? Parece que sim, at mesmo para fundaes rasas (JIMENEZ
SALAS, 1987; HOUSTON et al., 1988).
NADEO & VIDELA (1975a) discutem esta questo e afirmam que o grau de
colapsibilidade dos ensaios edomtricos mais severo do que se passa nas estacas.
Assim, qualquer modelo de estimativa de recalque que envolva variao do ndice de
vazios deve ser substitudo por outros que se baseiam em parmetros de resistncia,
sendo sugeridos ensaios drenados como representativos das propriedades mecnicas
dos solos colapsveis inundados.
Um adequado respaldo para esta ideia consta da concluso de KANE (apud
NUEZ, 1975), segundo a qual o mecanismo de colapso dos solos sob compresso
confinada um fenmeno puro de cisalhamento. Houve a constatao, atravs de
ensaios de placa, de uma ruptura tpica de puno, sem deformaes laterais, o que
possibilita a traduo deste fenmeno por uma quantificao da perda de resistncia.
Para o caso especfico de estacas, tambm vlido questionar a real utilidadedo ensaio edomtrico, contrapondo-se a seguinte dvida: a presso que leva um
determinado solo ao incio do colapso varivel com a profundidade? SILVA (1990)
argumenta a este respeito sem apresentar respostas.
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Igualmente defensvel o ponto de vista da existncia de uma presso-limite,
a partir da qual os recalques no mais se processam por colapso, sendo completamente
ineficiente a saturao para exercer qualquer efeito, quer seja na dissoluo dos
meniscos capilares, quer seja na destruio das ligaes cimentantes (VARGAS,
1974; MILITITSKY, 1986).
Sob o aspecto dos solos colapsveis de So Carlos registram-se ainda outras
contribuies de interesse.
NOGUEIRA et al. (1985) analisam a influncia da molhagem do solo na sua
compressibilidade, utilizando um ensaio de placa. As concluses apresentadas foram:
1) para presses inferiores a 80 kPa os recalques registrados na situao de solo
inundado foram menores que os ocorridos na condio de solo natural (da ordem de75%); 2) para presses superiores a 80 kPa os recalques verificados durante a
inundao alcanaram 50% dos recalques totais durante o ensaio.
NEVES (1987) introduz um novo processo para investigar a colapsibilidade
dos solos de So Carlos, trabalhando com amostras do sedimento cenozoico, tambm
de pequenas profundidades. Anlises com uso de microscpio eletrnico revelaram a
natureza dos vnculos cimentantes, constitudos por partculas de silte e argila ou
ento por xidos e hidrxidos de ferro. Foi tambm observado que a inundao produzum rearranjo estrutural e um bloqueio dos canalculos. Nveis de tenso superiores a
50 kPa so bastante significativos nas redues de volume (aumento do coeficiente de
colapso).
2.2 MODOS DE INUNDAO DOS SOLOS COLAPSVEIS
Um dos relatos pioneiros sobre sistemas de inundao para provas de carga
procede de DONALDSON (1967), tendo sido utilizados quatro furos com dimetrosde 10 cm, diametralmente opostos em relao s estacas e distantes de 90 cm dos
fustes, sendo alimentados por 39 dias seguidos. A eficincia do sistema no
comentada.
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NADEO & VIDELA (1975b) comparam a eficincia de dois processos
distintos, concluindo que o uso de tubos perfurados no produz resultados to bons
quanto os conseguidos pela simples alimentao, permanente, de uma cava. Nas
cavas, a taxa de infiltrao verificada para o caso estudado prxima dos 17
litros/hora. Para as trs estacas de prova so apresentados na FIGURA 2.1a os teores
de umidade do solo em seu estado natural e aps o perodo de inundao, obtidos
atravs de amostras coletadas de furos feitos antes e aps a inundao. Na FIGURA
2.1b so apresentados os graus de saturao alcanados pelo solo em diferentes nveis,
calculados para cada estaca. A curva A, representativa da soluo de inundao
somente pelo fundo da cava, mostra que a saturao total pode ser alcanada at os 4
primeiros metros, provavelmente devido elevada porosidade do solo superficial. As
demais correspondem aos casos de inundao somente por meio de tubos perfurados emostram uma melhor distribuio da saturao ao longo do perfil, ficando porm, na
mdia, em torno do grau de saturao de 80%.
FIGURA 2.1 a) variao do teor de umidade com a profundidade, em condies de solo natural einundado; b) variao do grau de saturao com a profundidade para as trs estacas de prova(NADEO & VIDELA, 1975b)
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BARA (1975) tambm compara os efeitos de inundao por meio de irrigao
e por meio de furos, concluindo que este ltimo processo rpido e eficiente.
LOBO (1991), descrevendo a experincia em solo colapsvel em Bauru (SP)
utiliza cava quadrada de 1,3 m de lado e 0,4 m de profundidade, associada a 4 furos
com 10 cm de dimetro, situados nos cantos, mas no informa o tempo de inundao e
nem relata a eficincia dos resultados.
Situao bem similar descrita por CARVALHO & SOUZA (1990), em
experincia feita para fundaes rasas e estacas tipo broca em Ilha Solteira (SP).
HOUSTON et al. (1988) descrevem a inundao do solo para ensaios de placa
utilizando uma rea bem maior que a cava de fundao, onde colocaram sucessivas
lminas dgua sobre uma superfcie de contorno, adjacente fundao, limitada porpequenas bermas.
AGNELLI (1992), executando diversas provas de carga diretas no campus da
UNESP em Bauru (SP) descreve um processo de inundao concebido atravs da
simples alimentao, sob fluxo controlado de 200 litros/hora, de gua potvel da rede
pblica, capaz de manter constante uma lmina dgua de cerca de 4 cm. difcil de
ser interpretada a taxa de consumo, desde que consideraes da evoluo do grau de
saturao, em vrios pontos (em planta e em profundidade), alm da influncia dos
coeficientes de permeabilidade horizontal e vertical, deveriam estar disponveis para
esta finalidade.
MELLIOS (1985) descreve a inundao de estacas tipo broca em Jupi (SP),
mas o nvel de detalhes do relato insuficiente. informado apenas que ela feita
atravs de alimentao com gua a partir da superfcie. Similar experincia
reportada por MONTEIRO (1985).
2.3 INFLUNCIA DO AUMENTO DO TEOR DE UMIDADE DO SOLO
DE FUNDAO
fato incontestvel que o incremento da umidade produz certa degradao na
resistncia ao cisalhamento dos solos.
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Isto ganha importncia no caso especfico dos solos inundados, j que, a partir
de uma umidade natural, h uma sensvel evoluo deste estado, de modo a interferir
nos parmetros de resistncia, com bvios prejuzos para a capacidade de carga das
fundaes profundas.
Algumas contribuies a este respeito, embora originalmente estudadas para
solos tipicamente argilosos e sem nenhuma especificidade para as fundaes
profundas, podem ser levadas em conta. Contribuio de vulto a proporcionada por
SKEMPTON (1959, p.65) ao apresentar um grfico da variao da resistncia ao
cisalhamento com a umidade para as argilas de Londres, com base em grande
quantidade de dados.
MOHAN & CHANDRA (1961), para argilas da ndia, tambm concluem quea adeso diminui com o aumento do teor de umidade, tendo havido a preocupao de
medir a variao, em um mesmo nvel de profundidade, em diferentes distncias do
fuste. Foi constatada a tendncia de migrao de gua para a interface solo-estaca,
com teores de umidade de 2% a 3% superiores aos que ocorrem a distncias de
aproximadamente 5 cm do fuste. Os autores no informam o procedimento adotado
para a medio destes teores de umidade.
2.4 CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS ESCAVADAS
2.4.1 Reviso do problema
A capacidade de carga, carga ltima (ou carga-limite, como querem uns) de
uma estaca, pode ser definida, preliminarmente, como aquela que produz
deslocamentos incompatveis com os que a estrutura que suporta pode tolerar.
Considerando-se que as estacas escavadas so uma inovao construtiva
relativamente recente, no de se estranhar que os mtodos tericos de previso sejam
raros e pouco divulgados. Predominam aqueles de base emprica ou semi-emprica,
sempre produzindo algum tipo de controvrsia.
A polmica em torno deste tema ainda grande, no obstante os anos 80
tenham proporcionado considerveis avanos nesta rea. Este progresso derivado,
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principalmente, de pesquisas empreendidas por Universidades. Geralmente, elas
envolvem provas de carga em estacas instrumentadas. Alm disso, a ocorrncia de
eventos especiais despertou na comunidade especializada proveitosas discusses a
respeito.
Na seo de debates do 1 Seminrio de Fundaes Especiais (SEFE I, So
Paulo, 1985) h esta declarao textual: a primeira obra que fizemos, cerca de 8 anos
atrs, o pavor tomou conta dos projetistas, dada a completa ausncia de informaes
confiveis sobre como calcular a capacidade de carga de uma estaca escavada.
De fato, o assunto era ainda muito nebuloso poca da referida construo e a
atitude refletia a pouca experincia brasileira.
A reviso bibliogrfica sobre este tema indica uns poucos mtodos: WARD &GREEN (1952); SKEMPTON (1959; REESE et al. (1976); SEARLE (1979);
GRANDE & NORDAL (1980) e AIJ (1976, apud HORIUCHI, 1985) propem
formulaes de carter semi-emprico ou terico, de pequena comprovao e/ou, mais
geralmente, desconhecidas em nossos meios tcnicos.
Solues que talvez pudessem ser examinadas com mais ateno, tais como as
sugestes de MEYERHOF (1976; 1982; 1983) so, contudo, de aplicao complexa,
pois misturam frmulas de estacas cravadas e escavadas, obtidas em funo de ensaios
de cone (raros entre ns) e envolvem, no caso de areias, a sua densidade relativa.
Sendo esta normalmente obtida atravs de correlaes, surge aqui um elemento de
embarao, pois as condies brasileiras so muito variveis e as correlaes at agora
produzidas so em nmero muito reduzido.
No caso de estacas escavadas de grande dimetro parece interessante testar as
sugestes de CHANG & BROMS (1991), por causa de algumas similaridades das
condies de Cingapura (onde foram estudadas) com as nossas, isto , em solos de
formao tropical e onde tambm prevalece o uso do SPT.
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Uma expresso terica vista em POULOS & DAVIS (1980), cujo aspecto
algo sofisticado no esconde nenhuma novidade, serve para estimar a carga ltima de
uma estaca escavada isolada, sujeita a carregamento vertical em areias.
2.4.2 A prtica brasileira
A experincia brasileira est praticamente calcada em algumas frmulas
clssicas em nossos meios tcnicos. So exemplos as de AOKI & VELLOSO (1975),
DCOURT & QUARESMA (1978), VELLOSO (1981) e PHILIPPONNAT (1979).
Deve ser observado que, exceto o mtodo de DCOURT & QUARESMA (1978), a
validade destas frmulas exige a utilizao de resultados do CPT ou, na sua ausncia,
de correlaes do tipo qc= KN, obtidas para solos regionais, como as produzidas por
ALBIERO (1990) ou MENEZES (1990). Alm disso, a calibrao dos parmetros F1e F2 de AOKI & VELLOSO (1975) necessria, do modo como o fizeram
MANTILLA (1993) e SACILOTTO (1993) para as condies de So Carlos, com
base nos resultados penetromtricos do campo experimental da USP So Carlos.
2.4.3 Capacidade de carga de estacas escavadas em solos colapsveis inundados
No se encontram registros acessveis de frmulas especficas para este caso.
Tudo leva a crer que a nica dificuldade estaria em se conhecer a verdadeiradistribuio da resistncia ao cisalhamento do solo ao longo da profundidade da
estaca, em condies de umidade diferentes da natural, porm muito dificilmente
mensurveis aps um certo perodo de inundao.
Portanto, uma reviso a este respeito tem por finalidade to somente
identificar algumas experincias similares que descrevem a perda da capacidade de
suporte da fundao aps a inundao, de modo a se obter comparaes para efeito de
anlise. Alm disso, estes relatos so instrutivos no sentido de previso do fator desegurana mais conveniente a ser aplicado nos projetos de fundao de estacas
escavadas em solos colapsveis, quando estiver prevista inundao potencial.
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HOLTZ & GIBBS (1953) analisaram a capacidade de carga e os recalques de
vrias estacas instaladas em solos colapsveis lossicos inundados, apresentando ento
algumas concluses:
1) As capacidades de carga so diferentes quando os processos de
instalao das estacas so diferentes, no recomendando a sua execuo
em furos escavados a seco, por constatarem que tais procedimentos
levam a grandes recalques aps a inundao do solo
2) As estacas de ponta, apoiadas em camada de solo no colapsvel,
apresentaram boa capacidade de carga, mesmo aps a inundao; se
sujeitas apenas a carregamento axial, sua capacidade de carga revelou-se
dependente do tipo de instalao
3) A prvia inundao do solo faz com que as estacas apresentem melhor
comportamento sob carga.
MONTEIRO (1985) e MELLIOS (1985) apresentam resultados de provas de
carga sobre estacas broca de pequeno comprimento (3,5 m a 5,0 m) na regio noroeste
do estado de So Paulo, onde se constata a existncia de solos colapsveis com
potencial de colapso de at 6% aps a inundao das amostras de solo. Concluem que
h reduo da capacidade de carga em torno de 50% pelo efeito de inundao do solo.
CARVALHO & SOUZA (1990) analisam resultados de provas de carga em 2
estacas escavadas em Ilha Solteira (SP), com D = 0,25 m e L = 6,0 m, discretamente
apiloadas, em solo colapsvel inundado. Foi verificado que:
1) A inundao produziu colapso, mesmo para um nvel de carregamento
da ordem de um tero da carga ltima verificada atravs de ensaio
prvio
2) O atrito lateral unitrio, na umidade natural, era da ordem de 30 kPa3) Uma reduo da ordem de 70% na capacidade de carga das estacas foi
constatada aps a inundao.
LOBO et al. (1991b) analisam a influncia da inundao sobre a carga ltima
de estacas escavadas em Bauru (SP), tendo concludo que as perdas de carga variam
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de 35% a 43% (com mdia de 39%). Neste trabalho feita uma comparao com
estacas apiloadas de pequeno dimetro, havendo a concluso de que a inundao
sensibiliza mais as estacas escavadas em termos de perda de capacidade de suporte.
Diversos mtodos tericos para previso de carga ltima foram testados a partir dos
resultados de provas de carga, apresentando resultados similares por causa da boa
definio da curva carga x recalque.
SILVA (1990) analisa a capacidade de carga de estacas escavadas curtas do
tipo broca, de pequeno dimetro, em solo colapsvel e sujeito a inundao. Concluiu
ter havido reduo na capacidade de carga de 77% nos locais onde houve inundao
do solo (durante 15 horas) e o pr-carregamento no levou o solo ao colapso (a carga
ltima passou de 58 kN para apenas 13 kN). Os resultados foram comparados com
previses de carga ltima feitas por um mtodo terico (POULOS & DAVIS, 1980) e
por mtodos empricos (AOKI & VELLOSO, 1975; DCOURT & QUARESMA,
1978). O autor no informa o modo como os parmetros de entrada do solo, nesta
condio de inundao, foram obtidos.
A maior aptido de uma estaca escavada em suportar carregamento sob
menores deslocamentos quando o solo envolvente estaca previamente inundado
destacado no trabalho de NADEO & VIDELA (1975a). Ainda neste trabalho
apresentam resultados de provas de carga em estacas escavadas, reensaiadas, com
comprimentos e dimetros bastante prximos aos existentes no campo experimental
da USP So Carlos. Embora os dados no sejam bem explicitados, pode-se inferir
que a reduo na capacidade de carga varia entre 30% e 35% aps a inundao do
fuste e da ponta.
2.5 ANLISE DO COMPORTAMENTO DE ESTACAS
2.5.1 Recalques: uma reviso sobre os mtodos clssicos
Historicamente, deve-se a RUDERMAN (1939) o mtodo pioneiro que tratou
os problemas de carga x recalque e de transferncia de carga, utilizando a soluo de
MINDLIN (1936). A tentativa no foi bem sucedida.
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Mtodos clssicos so frequentemente encontrados nos anos 60
(DAPPOLONIA & ROMUALDI, 1963; 1964. 1965; THURMAN &
DAPPOLONIA, 1965), porm criticveis pela excessiva idealizao nas suas
hipteses. Entretanto, eles tm a vantagem de incluir tambm o clculo simultneo da
distribuio de tenses no solo. O mtodo de NAIR (1967) muito til para se obter
as caractersticas de carga x recalque e de transferncia de carga por mtodo elstico.
Porm, dentro da chamada anlise no elstica que surgiram os mtodos
mais utilizados e que, ainda hoje, so adotados com bons resultados: REESE et al.
(1955); SEED & REESE (1957); MANSUR & KAUFMAN (1958); DAPPOLONIA
& HRIBAR (1963); SEED & REESE (1964); COYLE & REESE (1966) e KOIZUMI
& ITO (1967). Entre os mtodos clssicos podem ainda ser mencionados alguns
empricos, como se v em MEYEERHOF (1959), vlido para areias, e FOCHT
(1967), vlido para argilas.
De todos esses mtodos destaca-se o de COYLE & REESE (1966). O
principal objetivo na definio dos prprios autores a obteno de uma famlia de
curvas (uma para cada nvel da estaca), relacionando os deslocamentos em abscissas
com a relao transferncia de carga/resistncia ao cisalhamento do solo ao longo
da profundidade. Esta relao, nas estacas instrumentadas, pode ser subentendida
como o atrito lateral unitrio calculado para cada trecho entre diferentes nveis
instrumentados.
O mtodo de COYLE & REESE (1966) tem concluses e corolrios
importantes. So exemplos:
1) A carga transferida da estaca para o solo, em qualquer profundidade, no
funo apenas da resistncia ao cisalhamento do solo, mas tambm do
quanto a estaca se movimenta neste ponto2) A transferncia de carga no uniforme ao longo da estaca; o mximo de
transferncia se d para um ponto ligeiramente acima de seu ponto mdio
e as menores taxas de transferncia so nas extremidades, sendo mnima
na ponta
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REESE et al. (1969) sugerem que a tenso lateral mxima pode ser uma
funo do SPT e, para condies particulares de suas provas de carga apresentam o
valor N/35 (tf/sqf), equivalente a N/324 (MPA) No si.
Uma nova tendncia desenvolvida com os mtodos elsticos, sobretudo a
partir dos anos 70, onde o solo modelizado como um meio contnuo. Contribuies
nesta linha so apresentadas por BUTTERFIELD & BANERJEE (1971), BANERJEE
(1978), BANERJEE & DAVIS (1978) e POULOS & DAVIS (1980).
Este ltimo , sem dvida, um dos mtodos mais difundidos em anlise de
comportamento de estacas. Sua base de clculo pode ser acompanhada pelos trabalhos
de POULOS & DAVIS (1968), POULOS (1972) e POULOS (1979). Uma descrio
bem detalhada deste e de outros mtodos elsticos pode ser apreciada em SANTOSJR. (1988).
2.5.2 Estimativa de recalques em estacas isoladas
O recalque (ou deslocamento) de uma estaca pode ser visto como a soma de
trs componentes mais importantes: 1) devido compresso elstica da prpria estaca;
2) devido compresso do solo, em sua fase elstica; 3) devido deformao
irreversvel do solo, verificada na cabea da estaca, aps o seu descarregamento
(recalque plstico).
2.5.2.1 Mtodos de estimativa de recalques baseados em correlaes com o dimetro
1) COOKE (1979): (0,3 a 0,4%) x D
2) FRANK (1985) 0,6 x D (estacas escavadas isoladas)
3) VAN WEELE (1982): 0,7% x D
4) BRIAUD & TUCKER (1984): 1,25% x D (mximo)
2.5.2.2 Mtodo de POULOS (1989) para estimativa com base no comprimento daestaca (FIGURA 2.2)
2.6 TRANSFERNCIA DE CARGA
2.6.1 Funo transferncia de carga
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A transferncia de carga da estaca para o solo pode ser devidamente calculada
desde que se possua dados obtidos da instrumentao da estaca. Estes dados so os
relativos distribuio de carga axial ou distribuio de seu deslocamento vertical.
A distribuio do atrito lateral um dos mais importantes corolrios da
transferncia de carga. Pode ser calculada como uma funo da distribuio da carga
axial do seguinte modo:
dz
zdQ
Sz
)(.
1)( = (2.1)
Onde:
S = permetro da estaca
Q(z) = carga axial existente, profundidade z.
FIGURA 2.2 Curvas para estimativa de recalques em estacas escavadas: a) em argilas; b) em areias(POULOS, 1989)
Se o deslocamento da estaca, em qualquer profundidade z, estiver disponvel,
esta distribuio poder ser calculada por:
2
2 )(.
.)(
dz
d
S
EAz
= (2.2)
Onde:
-
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A = rea da seo transversal da estaca
D = mdulo de deformao longitudinal do material da estaca
= deslocamento do topo da estaca.
A quantificao desta distribuio importante para a anlise de
comportamento. Na prtica, pode ser usada para estimar os recalques de uma estaca
sujeita a uma determinada carga de trabalho, Qw.
claramente observvel uma diferena qualitativa no mecanismo de
transferncia de carga, medida em que o carregamento aumenta nas provas de carga.
Geralmente, a parte superior a mais mobilizada, como se pode ver em REESE et al.
(1976) e FONTOURA (1982). Isto essencialmente verdadeiro para estacas virgens.
Mais recentemente, alguns estudos de MASSAD (1991a; 1991b; 1991c)comprovam que isto ocorre somente enquanto no h a saturao pode inteiro do
atrito lateral. medida em que o valor da carga total vai ocorrendo, uma progressiva
mudana verifica-se, no sentido de desenvolver as maiores tenses cisalhantes no
trecho mdio da estaca.
Na regio da ponta verificam-se baixos valores da tenso cisalhante, mesmo
quando o carregamento imposto elevado, conforme ROCHA FILHO & AMARAL
(1980). Ao ser novamente ensaiada, a mobilizao da ponta da estaca se modifica e o
aspecto da distribuio pode ser bem diferente. Esta hiptese de que na vizinhana da
ponta da estaca h uma interao dos estados de tenso provenientes das reaes
laterais e de ponta tem mais defensores, como ELLISON et al. (1971), que resolvem o
problema atravs de um modelo de anlise numrica.
FOUTOURA (1982) apresenta curvas de variao do atrito lateral com a
profundidade, onde se destacam apenas algumas delas na FIGURA 2.3. Tais curvas
foram obtidas atravs de provas de carga em estacas com instrumentao em muitos
nveis. Nelas, percebe-se uma tendncia inicial do atrito lateral, logo na vizinhana do
topo da estaca, diminuir drasticamente at atingir um limite residual, mais ou menos
constante, antes de um esgotamento abrupto. Esta tendncia se inverte medida em
que o carregamento aumenta. As extremidades da estaca apresentam-se pouco
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mobilizadas enquanto que os mximos se do na sua parte central, num aspecto
similar a uma curva em forma de sino.
Em trabalho clssico sobre transferncia de carga VESIC, 1970b (apud
FONTOURA 1982) atesta que a condio necessria e suficiente para se calcular a
transferncia de carga da estaca para o solo obtida atravs da prova de carga
instrumentada, com dados sobre a distribuio de carga axial e do deslocamento axial
da estaca, ambos ao longo de todo o seu comprimento.
Pelo menos em parte esta afirmativa tem origem mais remota (SEED &
REESE, 1957), onde so estabelecidas curvas bsicas relacionando as tenses laterais
com os deslocamentos correspondentes, servindo como base para o mtodo clssico
de COYLE & REESE (1966).
FIGURA 2.3 Variao do atrito lateral com a profundidade, para diversos nveis de carregamento(FONTOURA, 1982)
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No j referido trabalho de VESIC (1970b) so sugeridas algumas curvas
tpicas da distribuio do atrito lateral ao longo da estaca, como se v na FIGURA 2.4.
Embora sendo um meio oneroso, a instrumentao o caminho mais
confivel para se chegar s frmulas de capacidade de carga. Mesmo possuindo
embasamento emprico, nelas estaria embutido o comportamento mais fiel da
verdadeira distribuio da resistncia da estaca.
FIGURA 2.4 Curvas tpicas de distribuio de fs(VESIC, 1970b, apudSANTOS JR., 1988)
A este respeito, v-se em FONTOURA (1982) uma anlise comparativa entre
os resultados obtidos pela aplicao de frmulas empricas tradicionais (AOKI &
VELLOSO, 1975); DCOURT & QUARESMA, 1978; VELLOSO, 1981) e os
resultados obtidos atravs de provas de carga em estacas instrumentadas.
interessante a concluso de que os mtodos empricos superestimam a capacidade de
carga em aproximadamente 20% e que, alm do mais, os erros encontrados na
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estimativa das resistncias, lateral e de ponta, so bem superiores, porm
autocompensveis.
FIGURA 2.5 Relao tenso lateral x deslocamento (FONTOURA, 1982)
FIGURA 2.6 Relao tenso lateral x deslocamento
(COYLE & SULAIMAN, 1967)
FIGURA 2.7 Relao tenso lateral x
deslocamento (REESE et al., 1976)
As figuras anteriores (FIGURA 2.5, FIGURA 2.6 e FIGURA 2.7) foram
inseridas como juzo crtico, para serem utilizadas posteriormente como referencial de
comparao.
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No se pode inferir qualquer regra que generalize o comportamento dessas
curvas, exceto que a resistncia lateral crescente para deslocamentos muito pequenos
(da ordem de poucos mm), estabilizando-se ou decrescendo a partir de ento.
Entretanto, os fatos aleatrios predominam, sendo observveis curvas de valor
crescente, mesmo para deslocamentos bem superiores.
frequente encontrar curvas que se interceptam e outras que passam por um
mximo aps um deslocamento muito pequeno e depois caem a zero ou a nveis
estabilizados bastante baixos.
Em nenhum desses casos foi apresentada qualquer explicao conclusiva e as
observaes tem se revelado muito passivas a este respeito. As discusses ficam
sempre em aberto, como se os resultados fossem casusticos ou consequncia doimpondervel. E, de fat6o, a questo parece escapar a qualquer ideia de generalidade.
2.6.2 Parmetros bsicos da transferncia de carga
2.6.2.1 Resistncia mobilizada de ponta
Nos estgios iniciais de carregamento a carga aplicada no topo da estaca
inteiramente absorvida por atrito, sendo que as camadas superiores recebem o mximo
(MOHAN et al., 1963). medida em que o carregamento prossegue, uma parte
comea a ser transferida para a ponta e, em determinado estgio, quando a estaca
cisalha o solo, uma parcela de carga transferida para a ponta. Esta fase corresponde
ao esgotamento de sua capacidade de resistncia lateral.
A resistncia oferecida por atrito, pelo solo, nos estgios iniciais de
carregamento, cresce at uma certa profundidade e depois diminui. O comportamento
descrito singularmente idntico a um ensaio de cisalhamento direto em laboratrio,
quando se observa a resistncia residual inferior resistncia de pico.
Como se constata, a carga transferida para a ponta baixa. Seguem sugestes
de alguns autores: 1) REESE et al., 1969: 25% da carga no topo; 2) TOH et al., 1989:
10% a 20% da carga no topo; 3) CHANG & BROMS, 1991: 10% da carga no topo
(para estacas escavadas).
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Numa situao particular de estaca escavada em solos colapsveis aps
inundao no foram localizadas recomendaes a este respeito.
2.6.2.2 Resistncia lateral mobilizada
A variao do mdulo no drenado afeta a distribuio da transferncia decarga, sem, contudo, impor qualquer vinculao com a distribuio da resistncia ao
cisalhamento.
Para estacas curtas, a proporo dos deslocamentos de ponta, em relao ao
comprimento da estaca, aumenta. LLOYD & GOWAN (1975) usam este ltimo fato
como um argumento para explicar o porqu da maior transferncia de carga por atrito
lateral nas proximidades da base, em relao ao topo.
Porm, consensual que existe bem pouca transferncia de carga para a ponta
at que a mxima resistncia lateral seja esgotada. medida em que a estaca
progressivamente descarregada, observa-se menos carga na sua superfcie lateral,
havendo menos perda de carga na ponta (ORIORDAN, 1982).
REESE et al. (1976), em estacas escavadas de grande dimetro, encontraram
65% da carga total sendo resistida por atrito lateral.
2.6.2.3 Movimentos necessrios para a mobilizao de carga
Diversos autores manifestam opinies acerca dos movimentos requeridos para
mobilizar as resistncias, lateral e de ponta. Um resumo das principais contribuies
apresentado nas TABELAS 2.1 e 22 apresentadas a seguir.
Este assunto tambm no encontra registros acessveis no caso de estacas
escavadas em solos colapsveis aps inundao.
TABELA 2.1 Movimentos necessrios para mobilizao da resistncia de pontaAUTOR ANO DESLOCAMENTOS OBSERVAES
COOKE & WHITAKEER 1961 (0,1 a 0,15) x Db -COYLE & REESE 1966 0,1 x D -
VESIC 1975 -Proporcional ao comprimentoda estaca
WOODWARD et al. 1972 -Descartam deslocamentos deponta para as cargas de trabalho
LLOYD & GOWAN 1975 0,1 x D -
-
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REESE et al. 1976 25,0 a 3,08 mmEstacas escavadas de grandesdimetros
AURORA & REESE 1977 (0,05 a 0,1) x D -
TABELA 2.2 Movimentos necessrios para mobilizao da resistncia lateralAUTOR ANO DESLOCAMENTOS OBSERVAES
DUBOSE 1957 2,5 mm Comparvel com o ensaio decisalhamento diretoSKEMPTON 1959 10,0 mm Escavadas em argilaLLOYD & GOWAN 1975 5,0 mm -
REESE et al. 1976 6,0 a 13,0 mmUsar limite inferior para estacasescavadas de grande dimetroem argilas silto-arenosas
MEYERHOF 1976 6,0 a 13,0 mm Estacas curtasMEYERHOF 1976 1,5 a 6,0 mm Estacas longasWHITAKER & COOKE 1966 5,0 a 6,0 mm -ONEILL & REESE 1972 5,0 a 10 mm -ORIORDAN 1982 2,00 MM Argilas de LondresORIORDAN 1982 1,5 mm Areias
2.7 PROVAS DE CARGA
2.7.1 Finalidades, procedimentos e mtodos
As provas de carga so realizadas visando, principalmente, os objetivos de: 1)
prover dados para projetos; 2) avaliar fundaes j executadas em uma determinada
obra; 3) estudar as caractersticas de comportamento do conjunto solo-estaca.
neste ltimo objetivo que se inserem as pesquisas acadmicas com maiorfrequncia.
Muitos so os procedimentos que podem ser seguidos para sua execuo. Os
mais citados so: ABNT (1986); ASTM (1981); FELLENIUS (1975); FELLENIUS
(1980); MOHAN et al. (1967); VAN WEELE (1957); WHITAKER (1957);
WHITAKER (1963); WHITAKER & COOKE (1962).
Os modos de conduzi-las costumam merecer um critrio de classificao
como segue:
Primeiro tipo: SML (slow maintained load), ou ensaio lento
conduzida a incrementos iguais at determinado nvel de carga, superior
carga de trabalho. A partir de uma definio de estabilizao de recalques cada
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estgio deve ser sustentado at que ela seja alcanada. A perfeita obedincia aos
critrios de estabilizao necessria para melhor interpretao dos resultados em
termos de fluncia (FERREIRA & LOPES, 1985). H bastante consistncia nos
argumentos que justificam certas vantagens inerentes a este mtodo. Analisando-se o
real comportamento das fundaes pode-se, de imediato, separ-las em dois grupos: 1)
as que so submetidas a um carregamento lento e de longa durao; 2) as que so
sujeitas a cargas rpidas ou dinmicas (vento, ondas, choques). Sendo a resistncia ao
cisalhamento das argilas dependente da velocidade de carregamento, o
comportamento das estacas instaladas em solos argilosos dever ser tambm
dependente da velocidade de carregamento.
Verifica-se, em ensaios, que cargas aplicadas rapidamente tendem a produzir
um aumento da capacidade de carga, bem como da rigidez do sistema solo-estaca,
capaz de modificar as relaes entre as cargas e os recalques. Isto induz a acreditar
que as provas de cargas lentas so mais realistas (BRIAUD & GARLAND, 1985,
apudMILITITSKY, 1991).
Nas situaes onde se aguarda a plena estabilizao dos recalques, o
comportamento carga x recalque diferente daquelas onde essa estabilizao no
respeitada (LOPES, 1986).
Segundo tipo: QML (quick maintained load), ou ensaio rpido
Neste tipo a estaca carregada em incrementos iguais at determinado nvel
de carga, superior de trabalho, devendo cada estgio ser mantido por um intervalo de
tempo pr-fixado. FELLENIUS (1975) sugere vinte estgios, cada um da ordem de
15% da carga de trabalho prevista, com manuteno por 15 minutos e leitura dos
deslocamentos de 3 3 minutos.
Terceiro tipo: CRP (constant rate of penetration)
Neste tipo de ensaio a estaca forada a recalcar em velocidade constante,
medindo-se a fora necessria. O ensaio deve ser conduzido at um certo nvel de
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deslocamentos, varivel de 50 mm a 75 mm. WHITAKER (1957) indica que o
carregamento deve ser aplicado at que a carga no mais cresa com a penetrao.
Quarto tipo: CLT (cyclic load test)
A estaca carregada at 1/3 da carga de projeto e em seguida descarregadapara a metade deste valor. O ciclo repetido por 20 vezes, a partir do qual
aumentado o valor de pico da carga em 50%. O procedimento se repete at a ruptura.
2.7.2 Definio da carga de ruptura
uma das questes mais controvertidas da Engenharia de Fundaes. No h
uma definio de consenso e tampouco o simples traado da curva carga x recalque
mostra-se suficiente para encontrar uma convergncia de opinies (VAN WEELE,
1982). Mesmo porque a carga ltima dependente da escala grfica adotada (VAN
DER VEEN, 1953), alm de outros fatores, sendo o tempo o mais importante.
No Brasil o critrio da NBR 6121/86 coincidente com o adotado pelo
CANADIAN FOUNDATION ENGINEERING MANUAL PART 3 (1975) e fixa o
valor da carga ltima (Pu) em funo da deformao elstica da estaca (parcela
P.L/E.A) e de seu dimetro:
30.. DAELPPu += (2.3)
Outras definies de ruptura, colocadas disposio para interpretao das
provas de carga podem ser destacadas:
1) DE BEER (1967): a carga de ruptura corresponde ao ponto de mxima
curvatura da linha log(deslocamentos) x log(p)
2) VAN DER VEEN (1953): postula que o comportamento carga x
recalque matematicamente consistente com a funo:
)1( .au ePP = (2.4)
A definio de VAN DER VEEN (1953), por ser puramente terica,
permite extrapolar os resultados de uma prova de carga, obtendo-se o
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valor de ruptura quando o parmetro a, que define o formato da curva
exponencial, fica definido.
3) FELLENIUS (1975): a carga de ruptura aproximadamente definida
pelo ponto de interseo de duas tangentes, sendo uma ao trecho inicial e
outra ao trecho final da curva carga x recalque
4) ZEEVAERT (1972): a carga de ruptura pode ser dada,
aproximadamente, por um ponto bem definido da mudana de
comportamento do solo, que se manifesta em um grfico log p x log
recalque, atravs de uma deflexo brusca
5) CHELLIS (1961): a carga de ruptura aquela onde a curva carga x
recalque tem uma inclinao de aproximadamente 0,13 mm/kN.
Esta ampla faixa de definies tem produzido uma intensa confuso nos
meios tcnicos. A adoo de critrios diferentes leva a valores igualmente
diferenciados na obteno da carga ltima. VAN WEELE (1982) divulga os
resultados de interpretao de diversos especialistas renomados em uma prova de
carga. H discrepncias que vo de 4050 kN a 7050 kN, sem nenhuma coincidncia.
2.8 MTODOS DE SEPARAO DAS PARCELAS DE RESISTNCIA
LATERAL E DE PONTA
Quando uma prova de carga realizada sobre uma estaca instrumentada no
fuste, as parcelas do atrito lateral e de ponta, componentes da resistncia total
mobilizada pela estaca, podem ser facilmente obtidas para qualquer estgio de
aplicao do carregamento.
Este estudo fundamental para anlise do comportamento carga x recalque
de fundaes profundas. VARGAS (1983) apresenta uma discusso exaustiva sobre o
assunto, cujos primrdios podem ser remetidos a REESE et al. (1951) eCAMBEFORT (1953). Algumas das primeiras referncias brasileiras so: VELLOSO
et al. (1978), COSTA NUNES et al. (1979), GAMA E SILVA et al. (1982) e
FONTOURA et al. (1982).
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VARGAS (1983) apresenta um aspecto idealizado do comportamento carga
de ponta x recalque e carga lateral x recalque e fornece um modelo que permite
fazer esta separao. Porm, em que pese a consistncia matemtica da proposta, ela
no aplicvel aos casos onde a distribuio da resistncia lateral unitria seja
varivel ao longo do fuste.
FONTOURA (1982) mostra a separao das cargas, lateral e de ponta, para
estaca escavada de grande dimetro em solo argiloso com N. A. elevado
(aproximadamente 8 m) e o que se percebe o crescimento de ambas as resistncias.
As curvas so praticamente paralelas aps a fase de deformaes elsticas do sistema.
Processos clssicos para esta separao, em estacas sem instrumentao, so
devidos a VAN DER VEEN & BOERSMA (1957), VAN WEELE (1957) e MOHANet al. (1963). VELLOSO (1981) tambm sugere HANNA (1971) e WOODWARD et
al. (1972).
2.9 MTODOS DE PREVISO DA CURVA CARGA x RECALQUE
O melhor conhecimento possvel da curva carga x recalque preconizado
como uma ferramenta indispensvel na definio da carga admissvel.
FIGURA 2.8 Carga admissvel de estacas segundo a NBR 6121 (ALONSO, 1991)
A FIGURA 2.8 evidencia, principalmente, que a carga admissvel de uma
estaca aquela que, aplicada mesma, produz apenas recalques tolerveis pela
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estrutura e ainda que, concomitantemente, representa segurana contra a ruptura do
solo.
No entanto, apesar de sua importncia, notado com frequncia que a
previso da curva carga x recalque tem sido desprezada em favor da determinao
da carga ltima. Registre-se, porm, a disponibilidade de uns tantos mtodos para este
fim, sendo dignos de meno: AOKI & LOPES (1975), POULOS & DAVIS (1980) e
GAMA E SILVA et al. (1982).
Mais recentemente, surgiram alguns modelos hiperblicos bastante
interessantes (TEJCHMAN & GWIZDALLA, 1988; HIRAYAMA, 199), porm
redundantes em suas finalidades, j que, semelhana dos mtodos clssicos de
previso teoria de carga ltima tambm requerem o uso de constantes de ajustamentoe fatores de correo, dependentes de resultados de ensaios (Q, SPT, CPT,
principalmente este ltimo).
2.10 ESTACAS SUJEITAS A CARREGAMENTOS MLTIPLOS.
TENSES RESIDUAIS
Alguns programas de pesquisas desenvolvidos em Universidades impem
como o caso a necessidade de ensaiar uma mesma estaca por diversas vezes, com
o escopo de simular diferentes situaes. Assim, as estacas escavadas passam por um
processo de crescentes incrementos na mobilizao da resistncia de ponta, havendo
ainda evidncias de memorizao de tenses residuais provenientes de carregamentos
anteriores.
As cargas residuais exercem uma importante influncia no comportamento de
estacas escavadas. Surgem por causa de diferenas nas taxas de mobilizao no fuste e
na ponta, medida em que a estaca deslocada, seja durante a instalao, seja por
ao de carregamento compresso (COOKE, 1979a). Em estacas escavadas, estas
foras residuais podem resultar da retrao do concreto, tracionando o fuste, para
equilibrar foras compressivas existentes no solo envolvente. Assim, o papel destas
foras reduzir a magnitude da componente de ponta, registrando-se casos onde a
transferncia de tenses negativa na parte superior do fuste.
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Ainda segundo COOKE (1979a) as cargas residuais em estacas escavadas so
pequenas. Em provas de carga compresso sua magnitude raramente ultrapassa o
peso do concreto fresco da estaca. A carga mobilizada pela ponta uma frao
bastante pequena da carga de trabalho.
Uma reviso abrangente sobre o assunto indica o interesse de alguns
pesquisadores pelo tema, notadamente a partir dos anos 60.
WHITAKER & COOKE (1966) indicam que, na descarga de uma prova de
carga em solo argiloso, o fuste permanece em compresso sob a ao de uma carga
residual na base. Em decorrncia, mobilizado atrito negativo. Esta condio de
equilbrio, necessria em estacas escavadas aps serem recalcadas sob carregamento,
similar quela que existe imediatamente aps a instalao de uma estaca cravada.KRISEL & ADAM (1969) tambm registram a existncia de carga residual
na ponta, de considervel magnitude (praticamente igual reao de ponta original).
Aparentemente, a primeira verificao experimental do fenmeno de cargas
residuais e sua adequada quantificao se deve a HUNTER & DAVISSON (1969).
Relatam a existncia de foras de trao (aparentes), de considervel intensidade, na
base de estacas cravadas em solo arenoso, em provas de carga compresso sucedida
por trao. O inexplicvel significado fsico desta ocorrncia levou os autores
interpretao de que o seu aparecimento devia-se no considerao de cargas
residuais na interpretao das provas de carga.
Tambm ONEILL & REESE (1972) descrevem um caso de uma estaca
escavada, isolada, carregada com 1300 kN, dos quais 450 kN foram transferidos para
a ponta. Aps a descarga, houve reteno de 200 kN.
HANNA & TAN (1973) concluram que a magnitude do diagrama carga xrecalque para uma estaca influenciada pelo estado de tenses residuais e que
tambm o comportamento da estaca depende de sua histria de carregamento.
O fecho da primeira parte de tais concluses dado por VESIC (1977) que
indica serem as cargas residuais a resultante de uma concentrao de resistncia lateral
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na parte superior do fuste, podendo produzir uma substancial reduo nos recalques.
Esse autor relata duas experincias, uma envolvendo grupos de estacas cravadas em
solo variado, onde os recalques obtidos foram da ordem de 1/6 dos previstos por
mtodos convencionais e uma outra, em estacas isoladas, onde tambm a considerao
da carga residual levou ao resultado de apenas 1 cm de recalque, contra uma previso
de 2,5 cm no caso de no ser levada em conta.
DARRAG & LOVELL (1989) ressaltam que as tenses residuais so
provenientes de um mecanismo carga descarga recarga na instalao das estacas
cravadas. Detalhes deste fenmeno podem ser encontrados em BRIAUD & TUCKER
(1984). Embora a existncia de tenses residuais no afete a capacidade de carga total
das estacas, elas podem alterar significativamente os mecanismos de transferncia de
carga, nas cargas de trabalho, em um certo nvel de deformaes, afetando ainda os
recalques e a cravabilidade. Sugerem que a interpretao dos resultados de uma prova
de carga poder ser errnea se a transferncia de carga real no for observada.
A proporo da carga de trabalho carregada pela ponta, comparada com
aquela mobilizada pelo fuste, poder bastante elevada no caso de estacas curtas. Neste
caso, a relao recalque/dimetro da estaca, para esta carga de trabalho, poder ser
superior a 0,3%. Quando a relao comprimento/dimetro maior do que 10, a
estaca passa a ter caractersticas de estaca de atrito e ento a relao
recalque/dimetro estabiliza em torno de 0,22%. Tais observaes constam do
trabalho de COOKE (1979a).
Dentre os vrios mtodos disponveis para avaliar as tenses residuais
destacam-se:
1) Medies diretas (RIEKE & CROWSER, 1987), de pouco uso
2) Avaliao indireta, usando uma sequncia de provas de carga compresso e trao, onde se assume que os ensaios trao no
produzem tenses residuais e que a distribuio do atrito lateral no
carregamento a mesma nos descarregamentos (HUNTER &
DAVISSON, 1969)
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3) Correlaes com o SPT, que um mtodo expedito, porm muito
simplista. Ademais, no considera alguns parmetros de reconhecida
influncia neste processo (BRIAUD & TUCKER, 1984)
4) Mtodo dos elementos de fronteira (POULOS, 1987) e mtodo da
anlise da equao de ondas (HOLLOWAY et al., 1975).
Em termos brasileiros, h que se registrar algumas contribuies relevantes
nesta rea.
MASSAD (1991a) analisa o verdadeiro comportamento da ponta de uma
estaca submetida a novo carregamento, verificando a existncia de carga residual j no
incio do segundo carregamento, como se v na FIGURA 2.9a.
Outro objetivo desse trabalho demonstrar a validade das conhecidas relaesde CAMBEFORT (1964) FIGURAS 2.10b e 2.10c envolvendo atrito lateral x
deslocamentos e reao de ponta x deslocamentos.
FIGURA 2.9 a) curvas de transferncia de carga do primeiro carregamento; b) curvas detransferncia de carga do segundo carregamento (MASSAD, 1991a)
A FIGURA 2.10a mostra os resultados obtidos por MASSAD (1991a),
podendo-se notar uma razovel aproximao entre o modelo e os dados observados.
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Uma concluso importante constatada nesse trabalho que a reao de ponta de
estacas escavadas, submetidas a um novo carregamento, muito pequena no momento
em que o atrito lateral atinge o seu mximo. Para o carregamento seguinte, elas
reagem com uma carga de ponta bem superior, denotando a ocorrncia de resduo do
primeiro carregamento. Apresentam-se, a seguir, as referidas figuras.
FIGURA 2.10 a) mobilizao da resistncia lateral (unitria) em funo dos deslocamentos; b) leisou relaes de CAMBEFORT (1964) para o atrito late4ral; c) idem, para a reao de ponta(MASSAD, 1991a)
A quantificao das cargas residuais de ponta sugerida por MASSAD
(1991a) atravs da expresso:
rp yRQ .2, = (2.5)
Onde:
Qp,2 = carga residual no segundo carregamento
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R = parmetro de CAMBEFORT (em MASSAD, 1991c, feita uma proposta
para sua avaliao em termos do SPT)
yr= deslocamento residual ou elstico, ao final do carregamento anterior.
Nota-se, assim, que a previso da carga residual de ponta pode ser feita com
bastante simplicidade, desde que se conhea o SPT na regio da ponta da estaca e os
resultados de uma prova de carga anterior.
A anlise de dados de provas de carga em estacas submetidas a carregamentos
mltiplos fica facilidade com a intermediao de dois parmetros importantes, que so
R (equao 2.5) e B (equao 2.6).
)]
.
.()[(4
2
pE
DB
D
h
k=
(2.6)
Onde:
h, D = altura e dimetro da estaca, respectivamente
B = parmetro de CAMBEFORT (1 relao), tambm definido por
MASSAD (1991c) em funo