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INSTRUMENTAÇÕES EM FUNDAÇÕES PROFUNDAS
Eng. Civil, Mestre em Geotecnia Danilo Pitz
Solugeot – Soluções Geotécnicas
ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO
1. INTRODUÇÃO
2. FUNDAMENTOS E MODELOS
3. PROTOTIPOS
4. APLICAÇÕES DOS DLT
1- INTRODUÇÃO
1.1. PRELIMINARES
• NECESSIDADE NO BRASIL E NOSSA REGIÃO DE TECNICOS E FERRAMENTAS PARA EXECUÇÃO DE CONTROLE DE QUALIDADE NAS FUNDAÇÕES.
• MERCADO:EM NOSSA REGIÃO DE ITAPEMA, BALNEÁRIO CAMBORIU, BRUSQUE EXISTEM MAIS DE 100 EQUIPAMENTOS DE HÉLICES CONTINUA, E MERCADO IMOBILIÁRIO EM EXPANSÃO.
•ATRAVÉS DE UM MESTRADO INICIADO EM 2009 NA UFPR, FOI DESENVOLVIDO E APRIMORADO TÉCNICAS DE CONTROLE DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS A SEGUIR DEMONSTRADAS.
•ENSAIOS DINÂMICOS, ESTÁTICOS E MODELOS REDUZIDOS.
1- INTRODUÇÃO
1.2. TIPOS DE INSTRUMENTAÇÃO ABORDADAS
• TIPOS DE INSTRUMENTAÇÃO ABORDADOS NESTA APRESENTAÇÃO.
•MODELOS REDUZIDOS
•ECE –ENSAIOS DE CARREGAMENTO ESTÁTICO
•ECD –ENSAIOS DE CARREGAMENTO DINÂMICO
2- FUNDAMENTOS
2.1. MODELOS FÍSICOS REDUZIDOS
•Modelos reduzidos poderiam ser mais utilizados em geotecnia. Algumas vantagens: garantia de repetibilidade possibilidade de isolar variáveis. constância entre modelo e protótipo (exemplos): densidade, ângulo de atrito e porosidade.
Tabela 2.1 - Fatores de escala. (Adaptado de DELL AVANZI, 2006)
Grandeza Fator de escala/Protótipo/modelo
Aceleração 1
Densidade 1
Ângulo de atrito 1
Porosidade 1
Comprimento N
Tensão N
Módulo de elasticidade N
Intercepto coesivo N
Área N2
Volume N3
Força N3
Massa N3
3- COMPONENTE EXPERIMENTAL
2.1. COMPOSIÇÃO DOS MODELOS REDUZIDOS. 2.1.1 Caixa forte e distibuição das estacas do modelo
•Verificado o espraiamento (adotado 6 vezes a distancia entre eixos). •3x já era suficiente.
Fig 3.4 locação das estacas modelo (etapa I)
Fig 3.2 Ruptura teórica
x
Fig 3.3 locação das estacas modelo (etapa I) – foto
2- FUNDAMENTOS
2.1. COMPOSIÇÃO DOS MODELOS REDUZIDOS. 2.1.2 Sistema de cravação
Figura 3.5 - Detalhes executivos do modelo executado
•capacete, cepo de madeira,
•Martelo de 2kg
•hastes guias de 12,5 mm
•Cabo de aço 3mm
•Fita métrica •roldana
•Viga I12”
Figura 3.6 - Perspectiva do modelo executado.
2- FUNDAMENTOS 2.1. COMPOSIÇÃO DOS MODELOS REDUZIDOS. 2.1.3 Sistema reduzido de provas de carga e aferição de dados
• Prensa: adaptada e calibrada seguindo preceitos da ABNT NBR 12131/2005. •manômetro ajustado para 4 Mpa (tensão prevista atuante).
•Mini célula de carga para 5 Kn (aferida)
•Sistema Labview (aquisição de dados da célula de carga)
Figura 3.7. Resultados provenientes do programa LABVIEW (carga x tempo).
Figura 3.9. Detalhe da Célula de carga e esquema de
ligação, com o programa LABVIEW,
Figura 3.8. Prensa adaptada para 4 Mpa e calibrada para o sistema, colocada sobre vigas de reação.
2- FUNDAMENTOS
2.1.4 CARACTERIZAÇÃO DAS AREIAS
Figura 3.14.Densidade relativa x altura de queda. (adaptado de Sachet, 2010) (Adotada hqueda 100cm e assim Dr=93%
Figura 3.15 –Fotos do preenchimento da caixa com areia .
Furos cada 5cm e Ø 5mm garantem vazão de 1,26 g/s de areia.
2.2 CAPACIDADE DE SUPORTE VERTICAL
Pesquisador Valores de Nq Referência
Terzagui (1943)e
Meyerhof (1963). Nq = (tan² (45º + Ø/2))* e π *tan Ø Santos (2008)
Vesic (1975) Nq = ((3/3-sen Ø)* e( π/2-Ø) *tan Ø )) *
((tan² (45º + Ø/2)* Irr Santos (2008)
Janbu (1976) Nq = (tanØ + (1+tan2 Ø)1/2) 2 * (e2*η*
tanØ) Das (2007)
Tabela 2.2 - Valores de Nq.
2- FUNDAMENTOS
•Método Aoki-Velloso.
Rp= qc/F1 Rl = fs/ F2
F1= 1,75 ::: F1=1+D/0,8 (Aoki, 1985)
F2= 2 F1
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
Figura 2.2. Esquema para determinação do repique e nega e esquema de golpe
•Princípio da conservação de energia, •Teorema trabalho energia; •Princípio da conservação da quantidade de movimento; •Teoria de choque dos corpos rígidos; •Lei de Hooke.
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
Figura 2.3. Exemplo de controle por repique
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
Métodos Valor de R (resistência dinâmica) Referência
Wellington
(1888)
Avelino
(2006)
Hilley
(1925)
Bernardes et
al
(2007)
Dinamar-
queses
(1957)
Velloso e
Lopes
(2010)
Janbu
(1951)
Bernardes et
al
(2007)
Tabela 2.2 - Métodos de avaliação de resistência
2- FUNDAMENTOS
2- FUNDAMENTOS
2.3 .RESULTADOS DOS MODELOS – Estacas de aço – ECE/ECD
Figura 2.3- Exemplos de Resultado médio (ECD) - carga x profundidade – Estaca de aço 3- Etapa I e Estaca de aço I - etapaII
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 500 1000 1500 2000
prof
undi
dade
em
cm
carga (N)
Estaca de aço1-etapa II- 120cm
20
30
50
70
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 500 1000 1500 2000
prof
undi
dade
(cm
)
carga (N)
Estaca de aço3- Etapa I
20
30
50
70
Resultados inferiores ao ESTAPETs
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
Figura 2.4 - Equipamentos para ensaio DLT.
Gabarito de montagem
Acelerômetros
Medidor de deformação:: Leitura de Ɛ1 e Ɛ2:: F1,2= E*A* Ɛ1,2=Fmédia1,2=F
Transdutores parafusados na estaca
::Leitura de a1 e a2 :: v1,2=∫a1,2*dt :: Vmedia1,2= V
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
*Com F e V pela mecânica das ondas é obtito :: Z = F/V :: Z = impedância( impedir a mudança de velocidade).
1) CASE: Rs=Rt- Rd= (1-Jc)*
*t1=instante de pico de intensidade do golpe. *t2= t1+2L/c =tempo de impacto (2º pico).
*Rd= resistência dinâmica=Jc*Z*V
Rt=(Rs+Rd)
2) TNO:
*Métodos diretos: CASE e TNO.
(basicamente separa as parcelas laterais e de ponta)
*Jc=coeficiente de amortização dinâmica
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
Software TNOWAVE
*Utiliza um golpe escolhido expresso em um sinal.
* Utiliza um modelo de solo assumido.
* Iterativamente o programa ajusta o sinal medido no golpe com o modelo de solo calculado
2- FUNDAMENTOS
2.3. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE- ECD E ECE.
Métodos Estáticos (ECE)- Critérios para avaliação da curva carga recalque
*Método de Van der Veen (ruptura física)
*Consiste em encontrar o valor de Pult (fixo), por tentativas, traçando um gráfico: -ln(1-P/Pult) em função do recalque (ρ).
Figura 2.5. Estimativa de Pultimo por Van der Veen
2- FUNDAMENTOS
ρ= (R*L/E*A) + D/30 (NBR 6122- 1996) Rupturas convencionais ou de deslocamento arbitrado
2- FUNDAMENTOS
Figura 2.6- Resultados agrupados dos modelos ECE para as ESTAPETs
Trecho de desenvolvimento do Atrito lateral
Deformação elástica da estaca
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
desl
ocam
ento
(m
m)
Carga (N)
Etapa I - ESTAPET 4
Etapa I - ESTAPET 2
Etapa I - ESTAPET 1
Etapa II - ESTAPET 7 Etapa II - ESTAPET 6 Etapa II - ESTAPET 4
2- FUNDAMENTOS
Figura - Resultados agrupados dos modelos ECE para as estacas de aço
•Desenvolvimento do atrito lateral
•Deformação elastica quase nula
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 de
sloc
amen
to (
mm
)
Carga (N)
Etapa I - Estaca Aço 5
Etapa I - Estaca Aço 3
Etapa II - Estaca Aço 3 (80cm)
Etapa II - Estaca Aço 2 (100cm)
Etapa II - Estaca Aço 1
Etapa II - Estaca Aço 5
3- PROTÓTIPOS
Preparação dos protótipos ESTAPET (marcação para contagem de golpes e instalação de sensores e estaca de aço (05/04/2013)- Itapema-SC
•Primeira protótipo em PET ensaiado, que se tem notícia.
• Para a ESTAPET foi adotado K (fator de escala)= Lp/Lm=4,83 = ou seja 145mm de lado (ESTAPET).
3- PROTÓTIPOS
Figura Croqui esquemático do ensaio de Carga Estático dos Protótipos
3- PROTÓTIPOS
Figura. Ensaio em andamento.
3- PROTÓTIPO
Figura. Sondagem CPT- Obra Itapema.
5Mpa
•A alta e repentina resistência a 1 metro de profundidade acentuou o efeito elástico da ESTAPET.
• Os gráficos (ECE) no entanto tiveram formatos similares.
PROTOTIPO
Figura Resultado médio (ECD) – Prototipo ESTAPET
- (até prof= 75cm )
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 50000 100000 150000 200000
prof
undi
dade
(cm
)
carga (N)
Protótipo ESTAPET- Martelo 710 N
50
75
100
150
Figura - Avaliação da Curva Carga X Recalque por métodos arbitrados. Protótipo ESTAPET (prof=90cm)
Protótipo ESTAPET
•Acentuada deformação plástica do material
•Elevado aumento de resistencia devido a elevada resistencia abrupta do solo conforme sondagem CPT
0
5
10
15
20
25
0 50000 100000 150000
desl
ocam
ento
(mm
)
Carga (N)
tensãox deslocamento NBR 6122
Davisson
critério ingles
3- PROTÓTIPO
Figura- Resultado médio (ECD) – Prototipo Estaca
de aço - (até prof= 95cm )
Figura -Avaliação da Curva Carga X Recalque por métodos arbitrados. Protótipo estaca de aço (prof=95cm)
Protótipo Estaca de aço
0
20
40
60
80
100
120
0 100000 200000 300000 400000
prof
undi
dade
(cm
)
carga (N)
Protótipo Estaca de aço- Martelo 710 N
50
75
100
150
•Devido a pouca penetração inicio da mobilização de ponta a menos de 50000N
0
2
4
6
8
10
12
0 50000 100000 150000 200000
Def
orm
ação
(m
m)
Carga (N)
tensãox deformação
NBR 6122
Davisson
Critério Ingles
4- RESULTADOS EXPERIMENTAIS
4.4 .PROTÓTIPOS ESTAPET e estaca de aço 4.4.2. Protótipo Estaca de aço
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0 5 10 15 20 25 30 35
Pile Driving AnalysisForce and Velocity x Impedance ( Blow Number: 480 )
PDA-DLT 8.1.18
For
ce[M
N]
Time [ms]
Force Velocity x Impedance
Figura 4.14 Sinal apresentado durante a cravação de Estaca de aço
Aplicações ECD - DLT
PRINCIPAIS RESULTADOS OBTIDOS
• Energia transferida durante o ensaio – Eficiência do martelo
• Resistencia Mobilizada – Total, Lateral, Ponta
• Integridade da estaca – Descontinuidade, Estrangulamentos, etc
Definição do Martelo Adequado
• Martelo que não adequado ao ensaio.
• Resultados insatisfatórios.
Processo
Entrada de Dados – Estaca e
Solo
Instalação dos Sensores na
Estaca
Aplicação de Golpe de Martelo
Análise em campo - Obtenção de Dados:
•Energia transferida
•Resistencia mobilizada
•Integridade
Avaliação dos dados obtidos em escritório, com analise de sondagem
•Obtenção de Resultados mais precisos
•Resistencia lateral e ponta
•Etc…
Instalação do Equipamento
• Instalação dos sensores na estaca.
• Defletometro e Acelerometro
Qualidade do Ensaio
Problemas de instalação Desenvolvimento de gabaritos
Aplicações
• Estaca tipo raiz – Itajaí/SC
Aplicações
• Estaca tipo hélice continua – Brusque/SC
Aplicações
• Obras especiais – Aeroporto – Curitiba/PR
Análise Campo / Escritório
ANÁLISE CAMPO ANÁLISE ESCRITÓRIO
• Tensão máxima • Energia transferida • Excentricidade golpe • Resistência estática TNO • Danos Estruturais
• Ajuste com modelo de solo; • Método numérico; • Maior aproximação das parcelas de
resistência lateral x ponta.
Avaliações Prévias
Danos Elevada Res. lateral ou ponta
Avaliação de fuste.
OBRIGADO PELA ATENÇÃO!