UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E

URBANISMO.

ESTUDO DO COMPORTAMENTO CARGA VS RECALQUE DE ESTACAS RAIZ CARREGADAS COMPRESSO.

Jean Rodrigo Garcia

Campinas, SP Abril de 2006

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL,

ARQUITETURA E URBANISMO.

ESTUDO DO COMPORTAMENTO CARGA VS RECALQUE DE ESTACAS RAIZ CARREGADAS COMPRESSO.

Jean Rodrigo Garcia

Orientador: Prof. Dr. Paulo Jos Rocha de Albuquerque

Dissertao de Mestrado apresentada Comisso de ps-graduao da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Civil, na rea de concentrao de Geotecnia.

Campinas, SP Abril de 2006

A Deus pela percepo que

me faz entender e superar as

dificuldades da vida.

minha famlia pelo amparo

solcito para que mais uma

etapa fosse concluda.

AGRADECIMENTOS

Ao Professor Dr. Paulo Jos Rocha de Albuquerque, pelos ensinamentos,

confiana, compreenso e amizade, ao longo do desenvolvimento do trabalho.

Ao professor Dr. David de Carvalho pelo apoio incondicional no desenvolver do

trabalho.

Aos amigos e parceiros de profisso: Rogrio C. R. Nogueira, Rogrio Ortega,

Joo A. Paschoalin Filho, Lris Zucco, Elieser Laister (Votorantim Cimentos), Alexandre

Vaz de Lima, Michel Rodrigues de Almeida e outros que contribuiram de alguma forma

na realizao deste trabalho.

Aos Tcnicos do laboratrio de mecnica dos solos da Engenharia Civil, Cipriano,

Edson, Mayer e Reinaldo, pelo apoio solidrio em todos os momentos.

Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior - CAPES.

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico - CNPq.

Sumrio

LISTA DE FIGURAS............................................................................................................................. I

LISTA DE SMBOLOS ........................................................................................................................ VI

LISTA DE TABELAS .......................................................................................................................... IX

RESUMO .......................................................................................................................................... XI

ABSTRACT ...................................................................................................................................... XII

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

2 OBJETIVOS................................................................................................................................ 3

3 REVISO BIBLIOGRFICA ......................................................................................................... 4

3.1 Estacas Raiz..................................................................................................................... 4

3.1.1 Origem e evoluo................................................................................................... 4

3.1.2 Estacas raiz: definio e processo executivo........................................................... 5

3.1.3 Diferena entre estacas raiz e micro-estacas ........................................................... 7

3.2 Prova de Carga Esttica Instrumentada......................................................................... 8

3.2.1 Carregamento esttico ............................................................................................. 8

3.2.2 Instrumentao em profundidade ............................................................................ 9

3.2.2.1 Princpio de funcionamento............................................................................... 10

3.3 Capacidade de Carga Esttica (Qrup) ........................................................................... 11

3.4 Extrapolao da Curva Carga vs Recalque.................................................................. 13

3.4.1 Critrio de VAN DER VEEN (1953) (modificado por Aoki)............................... 14

3.4.2 Mtodo da Norma (NBR - 6122 / 1996) ............................................................... 14

3.4.3 Mtodo de DAVISSON (1973) ............................................................................. 15

3.4.4 Mtodo de CHIN (1970) ....................................................................................... 16

3.4.5 Mtodo de DCOURT (1995) .............................................................................. 18

3.5 Previso de recalque de estacas sob carga compresso axial................................... 19

3.5.1 Implicaes da Interao Estaca-Solo ................................................................... 20

3.5.2 Modelo de Transferncia de Carga........................................................................ 21

3.5.2.1 Soluo de MINDLIN (1936) ........................................................................... 22

3.5.3 Fatores que influenciam no recalque de estacas isoladas ...................................... 22

3.6 Estimativa de parmetros e do estado de tenses ......................................................... 26

3.6.1 Parmetros dos Solos............................................................................................. 27

3.6.2 Mdulo de Elasticidade ......................................................................................... 28

3.6.2.1 Ensaio Pressiomtrico ....................................................................................... 30

3.6.2.2 Pressimetro Autoperfurante............................................................................. 38

3.6.2.3 Ensaio CPT (Cone Penetration Test) ............................................................. 40

3.6.2.4 Ensaio Dilatomtrico - DMT (Dilatometer Test of Marchetti)...................... 44

3.7 Mtodos de previso de recalque .................................................................................. 46

3.7.1 Mtodos Tericos .................................................................................................. 46

3.7.1.1 Mtodo de POULOS & DAVIS (1980) ............................................................ 46

3.7.1.2 Mtodo de VSIC (1969, 1975a) ...................................................................... 50

3.7.1.3 Mtodo de AOKI & LOPES (1975) .................................................................. 52

3.7.1.4 Mtodo de RANDOLPH & WROTH (1978).................................................... 56

3.7.1.5 Mtodo de VERBRUGGE (1986)..................................................................... 60

3.7.1.6 Mtodo da CURVA t-z (modificado por PANDO et. al, 2004). ................... 63

3.7.1.7 Mtodo de CASTELLI & MOTTA (2003). ...................................................... 68

3.7.1.8 Mtodo de DCOURT (1995). ......................................................................... 73

4 MATERIAL E MTODOS .......................................................................................................... 76

4.1 Campo Experimental. .................................................................................................... 76

4.1.1 Localizao e aspectos gerais. ............................................................................... 76

4.1.2 Ensaios de caracterizao do subsolo.................................................................... 79

4.1.2.1 Ensaio SPT com medidas de torque .................................................................. 79

4.1.2.2 Ensaio de Cone - CPT. ...................................................................................... 82

4.1.2.3 Ensaio Dilatomtrico - DMT.85

4.1.2.4 Ensaio Pressiomtrico - PMT............................................................................ 87

4.1.2.5 Ensaios de laboratrio. ...................................................................................... 88

4.2 Estacas Ensaiadas. ........................................................................................................ 93

4.2.1 Caractersticas gerais das estacas ensaiadas. ......................................................... 93

4.2.2 Processo Executivo................................................................................................ 94

4.2.3 Caractersticas da argamassa. ................................................................................ 94

4.2.4 Armadura da estaca. .............................................................................................. 95

4.2.5 Golpes de presso. ................................................................................................. 96

4.2.6 Instrumentao ...................................................................................................... 97

4.2.6.1 Instalao da instrumentao............................................................................. 97

4.3 Prova de Carga. ............................................................................................................ 98

4.4 Conceito de Ruptura......................................................... Erro! Indicador no definido.

5 APRESENTAO E DISCUSSO DOS RESULTADOS DAS PROVAS DE CARGA............................... 98

5.1 Estaca raiz A (L = 23m e = 0,31m). ...................................................................... 99 5.2 Estaca raiz B (L = 12m e = 41 cm). .................................................................... 106

6 ANLISE E DISCUSSO DOS RESULTADOS DE PREVISO. ....................................................... 114

6.1 Averiguao da Curva Carga vs Recalque. ................................................................ 114

6.1.1 Estaca raiz A (L = 23 m e = 31 cm).............................................................. 114

6.1.2 Estaca raiz B (L = 12 m e = 41 cm). ............................................................. 118 6.2 Mtodos para Prever o Recalque e a Curva Carga vs Recalque................................ 122

6.2.1 Estaca raiz A (L = 23 m e = 31 cm).............................................................. 123 6.2.2 Estaca raiz B (L = 12 m e = 41 cm). ............................................................. 129

6.3 Anlise comparativa dos resultados reais e mtodos com aqueles de extrapolao da

prova de carga......................................................................................................................... 135

6.3.1 Estacas raiz A ( = 31 mm e L = 23 m). .......................................................... 136 6.3.2 Estacas raiz B ( = 41 mm e L = 12 m). .......................................................... 138

6.4 Avaliao entre os resultados reais e os mtodos de previso do recalque e da curva

carga vs recalque..................................................................................................................... 139

6.4.1 Estaca raiz A ( = 31 mm e L = 23 m). ........................................................... 140 6.4.2 Estaca raiz B ( = 41 mm e L = 12 m)............................................................. 142

7 CONSIDERAES FINAIS ....................................................................................................... 144

8 CONCLUSES........................................................................................................................ 146

9 ANEXO A.............................................................................................................................. 148

10 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................................ 152

i

Lista de Figuras

Figura 3.1. Reforo de fundaes com estacas raiz................................................................... 4

Figura 3.2. Fases de execuo das estacas raiz......................................................................... 6

Figura 3.3. Limite de ruptura de acordo com Davisson. ......................................................... 15

Figura 3.4. Carga de ruptura de acordo com Chin (apud FELLENIUS, 1980). ..................... 17

Figura 3.5. Soluo de Mindlin (1936) para fora vertical F no interior do semi-espao

homogneo..................................................................................................................................... 22

Figura 3.6. Influncia dos parmetros adimensionais L/d e K no recalque de estacas

isoladas em solo homogneo (Poulos, 1989). ............................................................................... 24

Figura 3.7. Razo entre os recalques de estacas de ponta e flutuante em solo homogneo

(Poulos, 1989). .............................................................................................................................. 25

Figura 3.8. Distribuio das tenses cisalhantes ao longo do fuste da estaca (Poulos,

1989)................... ........................................................................................................................... 25

Figura 3.9. Mdulos de elasticidade. ....................................................................................... 28

Figura 3.10. Consideraes sobre o mdulo de elasticidade ................................................ 29

Figura 3.11. Modelo do ensaio pressiomtrico...................................................................... 31

Figura 3.12. Representao de curva tpica obtida em um ensaio pressiomtrico. .............. 32

Figura 3.13. Mdulo de elasticidade vs deformao volumtrica especfica para um

solo..................................................................................................................................................34

Figura 3.14. Ilustrao esquemtica da determinao do volume da cavidade no ensaio

pressiomtrico.................................................................................................................................34

Figura 3.15. Curva tpica obtida no ensaio pressiomtrico auto-perfurante. ....................... 40

Figura 3.16. baco para classificao do tipo de solo sedimentar (ROBERTSON &

CAMPANELLA, 1983) ............................................................................................................... ...41

ii

Figura 3.17. (a) esquema analisado; (b) elemento da estaca. ............................................... 47

Figura 3.18. Parmetros para clculo do recalque de estaca compressvel: (a) fator de

deslocamento I0 - camada finita (=0,5), (b) influncia da compressibilidade da estaca, (c) camada de espessura finita do solo compressvel, (d) coeficiente de Poisson do solo (POULOS &

DAVIS, 1974)................................................................................................................................. 48

Figura 3.19. Parmetros para clculo do recalque de estaca em solo mais rijo: (a)

condio L/B = 75, (b) condio L/B = 50, (c) condio L/B = 25, (d) condio L/B = 10 e (e)

condio L/B = 5 (POULOS & DAVIS, 1974).............................................................................. 49

Figura 3.20. Distribuio de atrito ........................................................................................ 51

Figura 3.21. Dados geomtricos da ponta da estaca............................................................. 52

Figura 3.22. Dados geomtricos do fuste da estaca .............................................................. 54

Figura 3.23. Procedimento para calcular o recalque no topo da estaca............................... 55

Figura 3.24. Separao de efeitos devido ao fuste e base da estaca (VELLOSO &

LOPES, 2002)......... ....................................................................................................................... 57

Figura 3.25. Tenses no elemento de solo para anlise de recalque de estacas ................... 58

Figura 3.26. Modelo proposto para anlise........................................................................... 64

Figura 3.27. Modelo de cilindro concntrico para anlise de recalque de estacas

(Adaptado de RANDOLPH & WROTH, 1978). ............................................................................ 65

Figura 3.28. Modelo de soluo derivado para a previso do recalque de uma estaca ....... 69

Figura 3.29. Determinao de KsiD atravs de fs ................................................................. 73 Figura 3.30. Modelo proposto para representao da curva carga vs recalque para

estacas de deslocamento................................................................................................................ 74

Figura 3.31. Modelo proposto para representao da curva carga vs recalque para

estacas de no-deslocamento. ....................................................................................................... 75

Figura 4.1. Mapa do Estado de So Paulo e localizao da cidade em estudo. ................. 76

iii

Figura 4.2. Estacas estudadas e ensaios de campo j realizados no campo

experimental.............. .................................................................................................................... 78

Figura 4.3. Variaes do NSPT e Tres em profundidade. ....................................................... 82

Figura 4.4. Variao do atrito lateral obtido no CPT pela profundidade........................... 84

Figura 4.5. Variao da resistncia de ponta obtida no CPT pela profundidade. .............. 85

Figura 4.6. Variao do P0 e P1 em profundidade............................................................... 86

Figura 4.7. Variao do ID e KD em profundidade. ............................................................. 87

Figura 4.8. Mdulo de cisalhamento inicial em profundidade (FONTAINE, 2004). .......... 88

Figura 4.9. Distribuio Granulomtrica (CARVALHO et al., 2004) ................................. 89

Figura 4.10. Valores de limites de Atterberg (CARVALHO et al., 2004) .............................. 90

Figura 4.11. ndices Fsicos obtidos para o Campo Experimental (CARVALHO et al.,

2004).................... .......................................................................................................................... 91

Figura 4.12. Resistncia compresso, obtidos at 16m (CARVALHO et al., 2004). .......... 92

Figura 4.13. Parmetros de resistncia totais obtidos em ensaios triaxiais, adensado no-

drenado (C.U.) (CARVALHO et al., 2004). .................................................................................. 92

Figura 5.1. Curva carga vs recalque (estaca A) ................................................................ 100

Figura 5.2. Grfico de carga vs deformao (estaca A).................................................... 101

Figura 5.3. Verificao da carga dissipada em profundidade atravs da

instrumentao.............. .............................................................................................................. 103

Figura 5.4. Grfico de dissipao para a carga de trabalho (Qtrab) ................................. 103

Figura 5.5. Atrito lateral unitrio mdio em funo do deslocamento mdio. .................. 104

Figura 5.6. Resistncia de ponta conforme Segunda Lei de Cambefort ............................ 105

Figura 5.7. Grficos dos atritos para as diversas cargas - estaca A ............................ 106

Figura 5.8. Curva carga vs recalque da estaca de 12 metros............................................ 108

iv

Figura 5.9. Verificao da carga dissipada em profundidade atravs da

instrumentao............. ............................................................................................................... 110

Figura 5.10. Grfico de dissipao para a carga de trabalho (Qtrab) ................................. 110

Figura 5.11. Saturao do atrito lateral conforme Primeira Lei de Cambefort.................. 111

Figura 5.12. Resistncia de ponta conforme Segunda Lei de Cambefort ............................ 112

Figura 5.13. Grficos dos atritos para as diversas cargas - estaca B ............................ 113

Figura 6.1. Critrio de Van Der Veen (modificado por Aoki) - Estaca A ..................... 115

Figura 6.2. Mtodo da Norma (NBR - 6122 / 1996) - Estaca A .................................... 116

Figura 6.3. Mtodo de Chin (1970) - Estaca A.............................................................. 116

Figura 6.4. Mtodo de Davisson (1973) - Estaca A ...................................................... 117

Figura 6.5. Mtodo de Dcourt (1995) - Estaca A ........................................................ 118

Figura 6.6. Critrio de Van Der Veen (modificado por Aoki) - Estaca B ..................... 119

Figura 6.7. Mtodo da Norma (NBR - 6122 / 1994) - Estaca B .................................... 120

Figura 6.8. Mtodo de Chin (1970) - Estaca B.............................................................. 120

Figura 6.9. Mtodo de Davisson (1973) - Estaca B ...................................................... 121

Figura 6.10. Mtodo de Dcourt (1995) - Estaca B ........................................................ 122

Figura 6.11. Mtodo de Poulos & Davis (1980) - Estaca A............................................ 123

Figura 6.12. Mtodo de Vsic (1969, 1975a) - Estaca A................................................. 124

Figura 6.13. Aoki & Lopes (1975) - Estaca A ................................................................. 125

Figura 6.14. Randolph & Wroth (1978) - Estaca A......................................................... 125

Figura 6.15. Mtodo de Dcourt (1995) - Estaca A ........................................................ 126

Figura 6.16. Mtodo de Verbrugge (1986) - Estaca A .................................................... 127

Figura 6.17. Mtodo da curva t-z - modificado por Pando et. al (2004) - Estaca A .... 128

Figura 6.18. Mtodo de Castelli & Motta (2003) - Estaca A .......................................... 129

Figura 6.19. Mtodo de Poulos & Davis (1980) - Estaca B............................................ 130

v

Figura 6.20. Mtodo de Vsic (1969, 1975a) - Estaca B................................................. 131

Figura 6.21. Aoki & Lopes (1975) - Estaca B ................................................................. 131

Figura 6.22. Randolph & Wroth (1978) - Estaca B......................................................... 132

Figura 6.23. Mtodo de Dcourt (1995) - Estaca B ........................................................ 133

Figura 6.24. Mtodo de Verbrugge (1986) - Estaca B .................................................... 133

Figura 6.25. Mtodo da curva t-z - modificado por Pando et. al (2004) - Estaca B .... 134

Figura 6.26. Mtodo de Castelli & Motta (2003) - Estaca B .......................................... 135

Figura 6.27. Comparao entre cargas de ruptura - Estimada vs Real (Estaca A)........ 137

Figura 6.28. Comparao entre cargas de ruptura - Estimada vs Real (Estaca B)........ 138

Figura 6.29. Comparao entre os recalques previstos e reais (Estaca A) .................... 141

Figura 6.30. Recalque obtido atravs da curva carga vs recalque - Estimado vs Real ...... 142

vi

Lista de Smbolos

Qrup - carga de ruptura;

Qtrab - carga de trabalho;

- recalque; - tenso de deformao; - tensode cisalhamento no fuste; - massa especfica do solo; s - peso especfico do solo; - coeficiente de Poisson; - micro (10-6); - strain; - ngulo de atrito do solo; - ngulo de atrito entre solo-estaca; - Coeficiente de correo do fSPT-T; v - Tenso vertical efetiva mdia ao longo do fuste da estaca (kPa); ad - Tenso de pr-adensamento (kPa); - dimetro da estaca; af - coeficiente em funo do tipo de estaca (PHILIPPONAT, 1978);

rI - fator de influncia do deslocamento vertical devido a uma carga (Poulos &

Davis, 1968);

t - Dimetro interno do tubo galvanizado (mm); mx - Tenso de cisalhamento mxima no fuste (kPa); s - coeficiente em funo do tipo de solo (PHILIPPONAT, 1978); ss - fator de distribuio do atrito lateral ao longo do fuste; Z - tenso vertical (kPa); A - rea da seco transversal da estaca (m2);

vii

Al - rea lateral da estaca (m2);

Ap - rea da ponta da estaca (m2);

c - coeso do solo (kPa);

Ca - adeso estaca / solo (kPa);

Cc - ndice de compresso;

Cf - coeficiente para clculo de recalque (VSIC,1977);

Cp - coeficiente para clculo de recalque (VSIC,1977);

E - estaca escavada;

e - ndice de vazios do solo;

Ec - mdulo de elasticidade da estaca (kPa);

Ee - mdulo de elasticidade da estaca (GPa);

En - mdulo de elasticidade da nata de cimento (kPa);

fc - atrito lateral local (CPT);

fc28 - resistncia compresso do concreto aos 28dias (MPa);

fck - resistncia compresso caracterstica do concreto (MPa);

fs - atrito lateral unitrio (kPa);

fu - atrito unitrio na ruptura (kPa);

G - mdulo de cisalhamento do solo (kPa);

G0 - mdulo de cisalhamento inicial do solo (kPa);

h - profundidade da camada semi-infinita (m);

IP - ndice de plasticidade (%);

K - rigidez da estaca como pea estrutural;

L - comprimento da estaca embutida no solo (m);

n - porosidade do solo (%);

Nc - fator de capacidade de carga (Terzaghi);

Nc - fator de Terzaghi;

Ne - mdia do nmero de golpes do SPT, 0,5m acima e abaixo da ponta da Estaca;

Nqi - fator de capacidade de carga (Terzaghi);

NSPT - nmero de golpes do SPT;

Np - nmero de golpes mdios do SPT, imediatamente acima e abaixo da ponta da estaca;

R2 - coeficiente de correlao estatstico;

viii

r - raio da estaca (m)

Rl - parcela de resistncia por atrito lateral (kN)

S - deslocamento total da estaca (mm)

S deslocamento da estaca em um meio semi-infinito (mm)

Se - deslocamento devido ao encurtamento elstico da estaca (mm)

Tmx - torque mximo do SPT (kgf.m);

Tres - torque residual do SPT (kgf.m);

w - umidade natural do solo (%);

y1 - deslocamento necessrio para esgotar a resistncia por atrito numa dada seco da estaca

(mm);

sB - acrscimo do recalque da ponta da estaca ; Q - incremento de carga; Quu - carga correspondente a um valor de rigidez nulo;

- infinito; R - rigidez de uma fundao;

S - recalque.

LCPC - Method of Laboratoire Central des Ponts et Chaussees (Mtodo do Laboratrio Central de Pontes e Pavimentos).

ix

Lista de Tabelas

Tabela 3.1. Pontos notveis da curva carga vs recalque de estacas de deslocamento................ 20

Tabela 3.2. Valor do Coeficiente de Buisman (modificado de BARATA, 1970) .......................... 30

Tabela 3.3. Correlaes entre mdulo pressiomtrico e NSPT (ROCHA FILHO, 1989).............. 36

Tabela 3.4. Correlaes entre o mdulo pressiomtrico e o NSPT para solos residuais. ............. 37

Tabela 3.5. Correlaes entre o mdulo pressiomtrico e o NSPT para areias (apud ROCHA

FILHO, 1989)....... ......................................................................................................................... 37

Tabela 3.6. Valores do mdulo pressiomtrico de acordo com o tipo de solo............................. 38

Tabela 3.7. Coeficientes da correlao entre o mdulo de elasticidade E e qc (FONSECA,

1996)........... ................................................................................................................................... 43

Tabela 3.8. Relao entre tipo de solo e o parmetro Id (SCHMERTMANN, 1988). .................. 44

Tabela 3.9. Valores de Cp ............................................................................................................ 51

Tabela 3.10. Valores de ............................................................................................................ 54 Tabela 3.11. Valores de (adaptada de LOPES et al., 1993).................................................. 60 Tabela 3.12. Determinao de recalques nos pontos em considerao..................................... 74

Tabela 4.1. Influncia das propriedades de solos granulares na resistncia penetrao. ... 79

Tabela 4.2. Valores de NSPT, Tmx e Tres. (CARVALHO et al., 2004). ....................................... 81

Tabela 4.3. Valores de fs (kPa) e qc (MPa) (CARVALHO et al., 2004) ................................... 83

Tabela 4.4. Valores de P0, P1, ID e KD do Dilatmetro de Marchetti (CARVALHO et al.,

2004).............................................................................................................................................. 85

Tabela 4.5. Valores do mdulo de elasticidade e Cisalhamento do solo (FONTAINE,

2004)................... ........................................................................................................................... 87

Tabela 4.6. ndices fsicos (CARVALHO et al., 2004) ............................................................. 90

x

Tabela 4.7. Valores obtidos na curva de Compactao........................................................... 93

Tabela4.8. Caractersticas geomtricas das estacas............................................................... 93

Tabela 4.9. Dados tcnicos considerados ................................................................................ 94

Tabela 4.10. Consumo de material por Trao ....................................................................... 94

Tabela 4.11. Resultados dos ensaios compresso dos corpos de provas (a 89 dias). ............ 95

Tabela 4.12. Dimensionamento da armadura da estaca............................................................ 96

Tabela 4.13. Nveis de leitura da instrumentao...................................................................... 98

Tabela 5.1. Resultados obtidos atravs da prova de carga (Estaca A) ............................... 99

Tabela 5.2. Valores obtidos atravs da instrumentao instalada em vrios nveis (estaca

A)................ ............................................................................................................................. 101

Tabela 5.3. Resultados obtidos atravs da prova de carga (Estaca B) ............................. 107

Tabela 5.4. Valores da carga em cada nvel instrumentado (kN) .......................................... 109

Tabela 6.1. Caractersticas e resultados obtidos para as estacas A e B....................... 136

Tabela 6.2. Caractersticas de carga e recalque, reais e estimados (Estaca A). .............. 136

Tabela 6.3. Caractersticas de carga e recalque, reais e estimados (Estaca B). .............. 138

Tabela 6.4. Previso da Capacidade de carga e recalque associado.................................... 139

Tabela 6.5. Resumo dos resultados aferidos. ......................................................................... 140

Tabela 6.6. Resumo dos resultados previstos e estimados. .................................................... 142

Tabela 9.1. Valores de I depdendendo do dimetro da estaca............................................... 148

Tabela 9.2. Valores de K dependendo da condio do solo................................................... 148

Tabela 9.3. Valores de p ....................................................................................................... 150 Tabela 9.4. Valores de s ....................................................................................................... 150 Tabela 9.5. Valores de f........................................................................................................ 151

xi

Resumo

Nesta pesquisa analisa-se o comportamento da curva carga vs recalque de estaca

isolada carregada compresso, atravs do emprego de mtodos de previso. Foram

ensaiadas duas estacas raiz, uma com 23m de comprimento e 31cm de dimetro, e outra

com 12m de comprimento e 41cm de dimetro, no intuito de atribuir o comportamento da

interao solo-estaca, a um ou outro fator caracterstico do elemento de fundao. Para

isso, foram realizadas provas de carga do tipo lenta. O subsolo local composto por solo

proveniente de diabsio, constitudo basicamente de duas camadas, a primeira de argila

silto-arenosa (0 a 6,5m de profundidade) e a segunda de silte argilo-arenoso (6,5-23m de

profundidade), ambas as camadas so predominantes da regio de Campinas (SP) e de

grande parte das regies sul e sudeste do Brasil.

A prova de carga foi instrumentada de maneira a se obter os dados do mecanismo

de transferncia de carga e de deslocamento em profundidade. Dessa forma, obteve-se o

valor da carga de ruptura, bem como, da respectiva carga admissvel (Qadm), atravs da

completa solicitao por atrito lateral e por resistncia de ponta, apresentados pela

interao do sistema solo-estaca, ou convencionando-se uma ruptura em funo de um

recalque limite ou ainda de critrios de ruptura fsica, como o mtodo da rigidez

(Dcourt), Chin e outros.

De maneira geral, analisa-se, de maneira crtica, os mtodos de previso de

recalque e de curva carga vs recalque, comparando os resultados reais com os previstos,

atravs dos mtodos tericos e empricos para o recalque do elemento fundao quando

submetido carga admissvel estimada (Qadm) e para a curva carga vs recalque. Dessa

forma, pretende-se chegar a algum entendimento sobre a interao solo-estrutura e seu

modelo de transferncia de carga para o solo.

xii

Abstract

In this research, the behavior of the curve load versus settlement of loaded isolated

pile to the compression is analyzed, through forecast methods. Two root piles had been

assayed, one with 23m of length and 31 cm of diameter, and the other with length of 12 m

and 41 cm of diameter, in order to attribute the behavior of the interaction ground-pile to

one or another characteristic factor of the foundation element. For this, load tests of the

slow type had been carrried out. The local subsoil is composed of ground of diabsio,

consisting basically of two layers: the first one of silt-sandy clay (6,5m - 23m of depth)

and second silt clay-sandy (6,5 - 23m of depth), both layers are predominant in the region

of Campinas (SP) and in a great part of the southern and southeastern regions of Brazil.

The load test was instrumented to get the data of the mechanism of transference of

load and displacement in depth. Thus, the value of the rupture load was obtained, as well

as the respective permissible load (Qadm), through the complete request for lateral attrition

and tip resistance, presented by the interaction of the ground-pile system or stipulating a

rupture related to a stress limit or still of criteria of physical rupture, as the method of the

rigidity (Dcourt), Chin and others.

In general, the methods of forecast of settlement and curve load versus stresses are

analysed in a critical way, by comparing the real results with the foreseen ones, through

theoretical by empirical methods for the settlement of the foundation element when

submitted to the esteemed permissible load (Qadm) and for the curve load versus

settlement. Therefore, there is the intention to come to an agreement about the ground-

structure interaction and its model of load transference to the ground.

1

1 Introduo

As estacas do tipo raiz surgiram na dcada de 1950 quando o engenheiro italiano,

Fernando Lizzi, em Npoles, Itlia, desenvolveu um processo indito de confeco de

estacas injetadas, denominado de estaca raiz (Pile Radice).

Devido ao processo diferenciado de execuo, esse tipo de estaca possibilita obter

algumas vantagens em relao aos demais processos de escavao existentes, dependendo

das condies locais e das peculiaridades do solo em que ser executada. Por apresentar

eficcia no desempenho como elemento de fundao, as estacas raiz ou injetadas possuem

grande aplicabilidade nas obras geotcnicas, tais como: estabilizao de encostas, paredes

de conteno para proteo de escavaes, reforo de fundaes, fundao de estruturas

off-shore, fundao de mquinas, alm de muitas outras.

Segundo SODR (1994), a utilizao de estacas injetadas faz-se necessrio,

principalmente, em grandes centros urbanos, no qual tm-se muitas restries para

instalao de estacas, tais como:

- Locais de difceis condies de acesso por equipamentos de grandes dimenses.

- Vibraes causadas pelo equipamento de instalao da estaca que possam causar

danos s construes vizinhas;

- Restries de barulho quando instaladas prximas a hospitais, escolas, etc...

O emprego de estacas injetadas se faz cada vez mais freqente, por atender s

restries(supra mencionadas), e dentre as estacas injetadas, a estaca raiz a que

apresenta menor relao custo/carga. Isto porque, a que necessita de equipamentos mais

simples, de execuo simplificada e, portanto, de mais fcil controle e rapidez na

instalao (CABRAL, 1986).

O emprego de tal tcnica, embora recente no Brasil, tem sido bastante explorada

nos ltimos anos pelas empresas de fundaes e pelas instituies de pesquisa, atravs de

estudo sobre a tcnica de execuo e previso do comportamento desta estaca. Espera-se

que o estudo mais detalhado de previso e controle dos recalques resultantes dos efeitos

dos carregamentos na interao do sistema solo-estrutura, sejam melhor compreendidos,

podendo-se comparar os resultados do caso particular com os mtodos tericos e

2

empricos de previso de recalques. Dessa forma, melhor se poder compreender os

detalhes intervenientes no desempenho das estacas raiz, os quais estejam, porventura,

influenciando o comportamento da curva carga vs recalque e, assim, contribuir no elenco

dos trabalhos mais representativos e qualitativos existentes na literatura.

3

2 Objetivos

Os objetivos deste trabalho partem da necessidade de melhor compreender as

possveis causas que distanciam as previses tericas dos resultados prticos, inciando

com a determinao dos itens abaixo:

Previso da curva carga vs recalque das estacas raiz; Verificao da carga de ruptura do elemento de fundao; Previso do recalque para carga de trabalho prevista; Comparao do recalque associado s cargas de trabalho, estimado e real; Anlise do comportamento das parcelas de resistncia de ponta e do atrito

lateral.

Assim, atravs de comparaes entre as determinaes prticas e de previso,

pretende-se estabelecer as vantagens da previso do comportamento, da carga de ruptura e

do recalque para a carga admissvel obtidos para este tipo de fundao em particular.

4

3 Reviso Bibliogrfica

3.1 Estacas Raiz

3.1.1 Origem e evoluo

O pioneirismo do procedimento de execuo de estacas escavadas injetadas surgiu

na primeira metade da dcada do ano de 1950 por LIZZI (1970), na Itlia, sendo

denominado pelo autor como pali radice (estaca raiz). Primeiramente, este modelo de

estaca foi utilizado como reforo de fundao e melhoramento de solos moles,

idealizando-se, dessa forma em, criar com as mesmas um reticulado de estacas inclinadas

em vrias direes de modo a obter blocos de solo armado, com processo de

dimensionamento semelhante aos casos de fundaes diretas (figura 3.1).

Figura 3.1. Reforo de fundaes com estacas raiz

5

A partir da dcada de setenta, j expirada a patente, passou a ser usada e

comercializada por diversas empresas no s como reforo de fundao e melhoramento

do solo, mas tambm como nova tcnica de fundao, com a concepo de elemento

estrutural individual, empregando-se dimetros entre 10 e 20 cm e armaduras constitudas

por uma ou mais barras em forma de feixe com espaador (quando o dimetro do fuste 15 cm) (PRESA & POUSADA, 2004).

No Brasil a estaca raiz foi introduzida a partir de meados da dcada de setenta e,

atualmente, so aplicadas tanto em reforo de fundao como em obras novas.

Atravs das atualizaes e correes das denominaes existentes, verifica-se que

estacas raiz reservada para fundaes que se aplicam injees de ar comprimido no

topo da estaca imediatamente aps a moldagem do fuste com argamassa de cimento e

concomitantemente com a remoo do revestimento e quando usam-se baixas presses (<

0,5 MPa).

3.1.2 Estacas raiz: definio e processo executivo

uma estaca de pequeno dimetro concretada in loco, cuja perfurao realizada

por rotao ou rotopercusso, em direo vertical ou inclinada. Essa perfurao se

processa com um tubo de revestimento e o material escavado eliminado

continuadamente, por uma corrente fluida (gua, lama bentontica ou ar) que, introduzida

atravs do tubo, reflui pelo espao entre o tubo e o terreno. Completada a perfurao,

coloca-se a armadura ao longo da estaca, concretando-se medida que o tubo de

perfurao retirado (Figura 3.2).

A argamassa constituda de areia e cimento, sendo acrescida ou no de aditivos

fluidificantes adequados para cada caso. A concretagem feita atravs de um tubo de

injeo introduzido at o fundo da futura estaca, por onde injetada a argamassa, dosada

com 600 kg de cimento por metro cbico de areia, com relao gua/cimento de 0,4 a 0,6.

Durante o processo de ancoragem o furo permanece revestido. Quando o tubo de

perfurao est posto montado um tampo em sua extremidade superior e se extrai a

coluna de perfurao aplicando-se, ao mesmo tempo, golpes de ar comprimido.

6

Assim, a composio e a consistncia do aglomerado que utilizado na fabricao

da argamassa, a armao longitudinal, o processo de perfurao e o emprego de ar

comprimido na concretagem, em conjunto, concorrem para conferir estaca uma

adequada resistncia estrutural e tima aderncia ao terreno, o que garante uma elevada

capacidade de carga.

Figura 3.2. Fases de execuo das estacas raiz

O processo executivo das estacas raiz pode ser resumido da seguinte forma:

A execuo do furo, por rotao de coroa com auxlio de circulao de gua, que

introduzida pelo interior da perfuratriz e retorna superfcie entre a face externa do tubo

de perfurao e a face interna do tubo de revestimento (ou parede do furo nos trechos sem

revestimento); os tubos vo sendo emendados por rosca medida que a perfurao

avana;

Colocao da armadura, aps concluda a perfurao e realizada a limpeza do furo

por circulao, de gua colocada a armadura (barras longitudinais com estribos -

confeco tipo gaiola) ou com pastilhas, para garantir o cobrimento;

Preenchimento com argamassa, aps a colocao da armadura feita a injeo da

argamassa atravs do tubo de injeo (de ao ou PVC rgido), de baixo para cima at que

7

a argamassa extravase na superfcie, garantindo a retirada da gua ou eventual resto da

lama para fora;

Aplicao de presso de ar comprimido, durante a extrao do revestimento e aps

ter completado o preenchimento com argamassa, faz-se o rosqueamento do tampo

metlico na extremidade superior do revestimento e, em seguida, aplicam-se os golpes de

presso de ar.

3.1.3 Diferena entre estacas raiz e micro-estacas

Sob a denominao genrica de estacas injetadas ou estacas escavadas injetadas

englobam-se diversas variantes de estacas moldadas in loco mediante injeo de calda ou

argamassa de cimento que podem ser englobadas em dois tipos de sistemas distintos: a)

estacas raiz e b) microestacas (Pressoancoragens).

As principais diferenas entre estacas injetadas e as demais so:

Podem ser executadas com maiores inclinaes (0 a 90); Possuem maior densidade de armadura que as outras estacas de concreto; Sua carga admissvel ( .S.FQrup ) resulta basicamente da parcela resistente

de atrito lateral.

As vantagens do modelo executivo de estacas injetadas, no caso, estacas raiz, para

execuo e acessibilidade, so:

em reas de dimenses reduzidas; em locais de difcil acesso; em solos com presena de mataces, rocha ou concreto; em solos onde existem cavernas ou vazios; em reforos de fundaes; para conteno lateral de escavaes; em locais onde haja necessidade de ausncia de rudos ou de vibraes; quando so expressivos os esforos horizontais transmitidos pela estrutura

s estacas de fundao (muros de arrimo, pontes, carga de vento, etc.);

8

quando existe esforo de trao a solicitar o topo das estacas (ancoragem de lajes de subpresso, pontes rolantes, torres de linha de transmisso, etc.).

Apesar de vrias vantagens, sua utilizao pode ser inviabilizada pelo seu custo

relativamente elevado.

Segundo PRESA & POUSADA (2004), com equipamentos de pequeno porte

usados em condies difceis de reforo de fundao, alcanaram-se produtividades da

ordem de 10 a 30m / turno, enquanto que, com equipamentos de grande capacidade pode-

se atingir excelentes produtividades de at 50 a 100m / turno.

3.2 Prova de Carga Instrumentada

3.2.1 Carregamento esttico

A NBR 12.131/91 cita que: ...na execuo da prova de carga, a estaca carregada

at a ruptura ou, ao menos, at duas vezes o valor previsto para sua carga de trabalho. A

critrio do projetista o ensaio pode ser realizado:

Com carregamento lento; Com carregamento rpido.

Os recalques correspondentes a estes dois tipos de ensaios podem ser diferentes e

sua interpretao deve considerar o tipo de carregamento empregado.

O ensaio de carregamento lento seria mais vantajoso em relao acurcia dos

resultados, pois para cada estgio de carga, aguarda-se a estabilizao dos recalques.

A NBR 12.131/91 estabelece que o ensaio de carregamento lento consiste em

seguir as seguintes prescries:

O carregamento feito em estgios iguais e sucessivos, observando-se que:

A carga aplicada em cada estgio no deve ser superior a 20% da carga de trabalho prevista para estaca ensaiada;

Em cada estgio a carga deve ser mantida at a estabilizao dos deslocamentos e, no mnimo, por 30 minutos;

9

Em cada estgio, os deslocamentos devem ser lidos imediatamente aps a aplicao da carga correspondente, fazendo-se leituras decorridos 2 min, 4

min, 8 min, 15 min e 30 min;

A estabilizao dos carregamentos determinada atravs da avaliao do desempenho da curva tempo vs deslocamento, sendo admitida quando a

diferena entre as leituras realizadas nos tempos t e t/2 correspondem a, no

mximo, 5% do deslocamento ocorrido no mesmo estgio (entre o

deslocamento da estabilizao do estgio anterior e o atual, at o tempo

t);

No sendo atingida a ruptura da estaca, a carga mxima do ensaio deve ser mantida durante um tempo mnimo de 12h entre a estabilizao dos

recalques e o incio do descarregamento;

O descarregamento deve ser feito em, no mnimo, quatro estgios. Cada estgio mantido at a estabilizao dos deslocamentos. O tempo mnimo

de cada estgio de 15 min;

Aps o descarregamento total, as leituras dos deslocamentos devem continuar at sua estabilizao.

3.2.2 Instrumentao em profundidade

A utilizao de instrumentao ao longo do fuste de estacas possibilita a medida,

em cada estgio do carregamento, dos valores de resistncia lateral e de ponta. Dessa

forma, pode-se apurar com mais exatido, como ocorre a dissipao da carga em

profundidade na camada de solo. Para garantir a correta aquisio eletrnica dos dados,

deve-se dispor de mo-de-obra tcnica especializada na instalao da instrumentao e na

aquisio dos dados obtidos.

Para obteno dos valores reais de tenses e deformaes, deve-se fazer uso das

formulaes tericas existentes apresentadas por COSTA NUNES & FERNANDES

(1982). Embasados em suas observaes, comentam a importncia do uso da

instrumentao em provas de carga, visando o conhecimento da mobilizao na

resistncia de ponta e lateral. Segundo os autores, A distribuio da carga transmitida por

uma estaca ao solo circunvizinho, tanto pela resistncia de ponta como lateral, constitui

10

um elemento decisivo para soluo de problemas bastante difceis numa formulao

terica rigorosa em mecnica dos solos.

ALBIERO (1993), durante abordagem do emprego de fundaes no interior do

Estado de So Paulo, recomenda o aumento do nmero de provas de carga instrumentadas

em vrios tipos de fundaes.

Apesar de constatada a eficincia da instrumentao, atravs dos excelentes

resultados quando da sua utilizao em provas de carga, ainda pouco empregada pelas

empresas ligadas Geotecnia, restringindo-se basicamente as instituies de pesquisa.

Isso ocorre principalmente por se utilizar equipamento e materiais de alto custo que

podem inviabilizar economicamente seu uso comercial.

3.2.2.1 Princpio de funcionamento

Segundo ALBUQUERQUE (2001), o extensmetro eltrico de resistncia um

elemento sensvel que relaciona pequenas variaes de dimenso com variaes

equivalentes em sua resistncia eltrica. Associado a instrumentos especiais

(transdutores), possibilita a medida de presso, tenso, fora e acelerao.

O princpio de funcionamento apresenta a deformao () causada em determinada parte da seco transversal da estaca de rea (A) devido a um carregamento. Esta

deformao fornecida pelos extensmetros eltricos de resistncia. Para chegar ao valor

da fora que proporcionou a respectiva deformao, faz-se o uso da Lei de Hooke

apresentada na equao 1:

AEF e = (1) Em que:

Ee - mdulo de elasticidade da estaca;

- deformao associada carga aplicada; A - rea da seco transversal da estaca.

A ponte de Wheatstone (completa) o circuito mais utilizado com extensmetros

eltricos de resistncia, tanto para medidas de deformaes estticas como dinmicas.

Este tipo de circuito permite eliminar, com facilidade, a influncia da temperatura e

flexo, desde que se faa a montagem adequada.

11

Os extensmetros eltricos so considerados uma ferramenta indispensvel para

aquisio precisa dos dados em prova de carga de estacas, principalmente por apresentar

as seguintes caractersticas:

Elevada preciso de medida; Eficiente resposta dinmica; Linearidade constante; Pode ser utilizado imerso em gua ou em atmosfera de gs corrosivo, desde

que se faa o tratamento adequado;

Possibilidade de se efetuar medidas distncia, etc. Estas caractersticas fazem com que o extensmetro eltrico de resistncia tenha

ampla aplicao em estudos experimentais.

Os cuidados e a importncia desta tcnica podem ser compreendidos pelo fato de

que, quando se instala a instrumentao na estaca, antes da concretagem, pode haver

perda de 10 a 20% dos instrumentos (DYSLI, 1983). ALBUQUERQUE (2001)

apresenta uma tcnica para instrumentao e instalao de barras instrumentadas em

fundaes profundas que reduz para prximo de zero a perda da instrumentao.

Para obter sucesso na aquisio dos resultados, pela instrumentao durante a

prova de carga imprescindvel que se tome os devidos cuidados na confeco e

instalao dos extensmetros.

3.3 Capacidade de Carga Esttica (Qrup)

A capacidade de carga esttica a capacidade da fundao resistir, sob

carregamento vertical, pela resistncia ao cisalhamento gerada ao longo do fuste e

parcialmente pelas tenses normais geradas sob sua ponta. Dessa forma, a capacidade de

carga pode ser definida como sendo a soma das resistncias lateral e de ponta da estaca.

A Norma NBR 6122/96 define a carga admissvel com sendo: A carga sobre uma

estaca ou tubulo isolado a qual provoca apenas recalques que a construo pode suportar

sem inconvenientes e oferecendo, simultaneamente, segurana satisfatria contra a ruptura

ou o escoamento do solo ou do elemento de fundao. Portanto, deve-se analisar a

12

segurana em relao perda da capacidade de carga e aos recalques sob as cargas de

servio.

Para o clculo da capacidade de carga (esttica) de uma estaca utilizam-se

frmulas, mtodos estticos, que baseiam na mobilizao de toda a resistncia ao

cisalhamento esttica do solo. Os mtodos podem ser subdivididos em:

Mtodos racionais ou tericos: so aqueles que utilizam solues de capacidade de carga e parmetros do solo;

Mtodos semi-empricos: so aqueles que se baseiam em ensaios in situ de penetrao (SPT, CPT, SPT-T, DMT e PMT).

Pode-se, com base em mtodos empricos que consideram a classificao das

camadas atravessadas pela estaca ou tubulo, determinar a capacidade dos mesmos.

Segundo ALONSO (1989), a capacidade de carga de uma estaca obtida como o

menor dos dois valores, entre:

Resistncia estrutural do material da estaca; e Resistncia do solo que lhe d suporte (elemento de fundao).

Segundo DE BEER (1988) existem dois tipos de ruptura, a fsica e a

convencional. A primeira pode ser definida como o limite da razo entre o acrscimo do

recalque da ponta da estaca (sB) pelo incremento de carga (Q), tendendo ao infinito. Quu = Q para sB / Q = A ruptura convencional Quc definida como sendo a carga correspondente a uma

deformao da ponta (ou do topo) da estaca de 10% de seu dimetro, no caso de estacas

de deslocamento e de estacas escavadas em argila, e de 30 % de seu dimetro, no caso de

estacas escavadas em solos granulares.

DCOURT (1996a) props definir a ruptura fsica de fundaes em geral com

base no conceito de rigidez. Define-se rigidez de uma fundao (R), a relao entre a

carga a ela aplicada e o recalque produzido pela aplicao dessa carga. Define-se ruptura

fsica (Quu) como sendo a carga correspondente a um valor de rigidez nulo.

Quu = limite de Q quando s e, portanto R = Q / s 0

13

3.4 Extrapolao da Curva Carga vs Recalque

A forma da curva carga vs recalque, segundo CORRA (1988), ser o resultado

da interao solo-estaca, tanto do atrito lateral quanto da ponta, e se constitui na medida

final do comportamento da estaca. Nesta curva carga vs recalque, pode-se reconhecer trs

fases distintas: a primeira reflete certa proporcionalidade entre cargas e recalques; a

segunda corresponde a uma deformao visco-plstico em que a velocidade de

carregamento exerce grande influncia sobre os recalques; e a terceira corresponde

definio da carga de ruptura.

Segundo DECURT (1998), as verificaes experimentais de capacidade de

carga apresentam resultados em termos de grficos carga vs recalque, onde a inexistncia

de condies claras de ruptura na curva carga vs recalque mostra-se ser a regra geral.

Sobre a definio da carga de ruptura, CORRA (1988) cita que na maior parte

dos casos no existe um colapso visvel da fundao e no se caracteriza uma carga de

pico (o aumento da carga P provoca aumento progressivo dos recalques no

caracterizando uma carga de ruptura bem definida).

Como as provas de carga, geralmente, no so levadas at a ruptura fsica, surge a

necessidade de limitar um valor de carga para o uso da fundao. Deste modo, inmeros

especialistas desenvolveram mtodos de extrapolao da curva carga vs recalque para

provas de carga interrompidas antes da ruptura do sistema de fundao, impossibilitando

obter a carga limite que a fundao resiste.

Com base nos conceitos para determinao da curva carga vs recalque de estacas,

alguns critrios foram propostos no intuito de predizer o comportamento da curva

caracterstica da interao solo-estrutura, ou de simular curvas a partir de determinado

ponto, que por alguma razo, no se pde chegar carga de ruptura. Dentre os vrios

critrios existentes na literatura, ressalta-se: NBR 6122 / 1996, VAN DER VEEN (1953),

CHIN (1970), DAVISSON (1973), VERBRUGGE (1986) E DECURT (1995).

14

3.4.1 Critrio de VAN DER VEEN (1953) (modificado por Aoki)

O mtodo proposto pelo autor uma representao da curva carga vs recalque,

dada pela seguinte expresso:

)e1(QuQ S= (2) onde:

Q = carga aplicada no topo da estaca (kN);

Qu = carga ltima correspondente assntota vertical da curva (kN);

S = deslocamento correspondente carga Q (mm);

= coeficiente que define a forma da curva.

A equao 2 foi reescrita por Nelson Aoki resultando na equao 3: ( )[ ]brri e1 += (3)

Onde:

r o recalque;

b o ponto de interseco com o eixo das ordenadas no grfico de tenso e

deformao.

3.4.2 Mtodo da Norma (NBR - 6122 / 1996)

A NBR 6122/1996 preconiza que, nos casos em que no se obteve a ruptura da

estaca (elemento de fundao) por algum tipo de limitao, como por exemplo, sistema de

reao inadequado, ou quando apesar de obtido um recalque considervel, ainda sim, no

se tem uma ruptura ntida na curva carga vs recalque. Conclui-se que nestes casos deve-se

empregar a equao 4 para obter-se a extrapolao da curva:

30D

EALPr

r += (4)

r = recalque de ruptura convencional; Pr = carga de ruptura convencional;

L = comprimento da estaca (cm);

A = rea da seo transversal da estaca (cm);

E = mdulo de elasticidade da estaca;

15

D = dimetro da estaca em cm.

3.4.3 Mtodo de DAVISSON (1973)

DAVISSON (1973) define a ruptura convencional (ruptura admitida para um

determinado recalque normatizado) em uma prova de carga esttica como a carga que

corresponde a um recalque igual a:

mm8,3120D

EALP ++

= (5) Onde:

P = carga aplicada;

L = comprimento da estaca;

A = rea da seo transversal da estaca;

E = mdulo de elasticidade da estaca;

D = dimetro da estaca (mm).

Figura 3.3. Limite de ruptura Davisson (1973).

16

Na figura 3.3 tem-se um exemplo da aplicao do mtodo de Davisson e, na

equao 5, verifica-se que o deslocamento do topo da estaca na ruptura igual

compresso esttica mais o deslocamento de ruptura da ponta.

3.4.4 Mtodo de CHIN (1970)

Na figura 3.4 tem-se o mtodo proposto por CHIN (1970 e 1971) apud

FELLENIUS (1980) para estacas sob a carga de trabalho gerada por KONDNER (1963).

O mtodo assume que a curva carga vs recalque quando prximo da carga de ruptura da

forma hiperblica. Pelo mtodo de Chin, cada valor da carga divisor para cada valor

correspondente de recalque e o valor resultante plotado em funo do recalque. Na

figura 3.4, depois de uma variao inicial, os valores traados assumem uma linha reta. O

inverso do coeficiente angular do trecho reto a carga de ruptura.

17

Figura 3.4. Carga de ruptura de acordo com Chin (1970) (apud FELLENIUS, 1980).

As equaes apresentadas so utilizadas na determinao da carga de ruptura, com

conseqente determinao da curva carga vs recalque:

21 CCP+= (6)

Onde:

= recalque; P = carga aplicada; e

C1 e C2 = constantes da equao 6;

1ult C

1P = (7)

Onde:

18

Pult = Carga de ruptura.

2ult

ult

CPP

P += (8)

Desta forma, dois pontos determinaro uma reta e um terceiro ponto na mesma

reta confirma o alinhamento. No mtodo de Chin quando se aplica o mtodo

precocemente nos resultados da prova de carga. Normalmente, a linha reta correta no

inicia at que a carga do ensaio passe o limite de ruptura. Como na escala, a carga de

ruptura de Chin aproximadamente 20 a 40% maior do que o limite de Davisson. Quando

no for este o caso, aconselhvel fazer uma anlise mais crtica em todos os dados da

prova de carga.

O mtodo de Chin aplicvel s provas de carga rpidas e lentas, desde que o

tempo de aplicao dos incrementos seja constante.

3.4.5 Mtodo de DCOURT (1998)

Tambm conhecido como mtodo da rigidez, este mtodo faz uso dos valores reais

para averiguar a carga de ruptura e estimar a curva carga vs recalque, mostrando-se

bastante simples e eficaz quanto sua utilizao e preciso.

Deve-se examinar o aspecto da curva Rigidez (RIG) x Carga (Q). Duas so as

situaes possveis. A primeira o caso de fundaes que se rompem, o que na prtica

restrito ao atrito lateral de estacas em geral e a capacidade de carga de estacas de

deslocamento. Nesses casos, os pontos formam uma linha reta. Analisa-se ento, as

diversas equaes de regresso linear possveis (3 pontos, 4 pontos, "n" pontos) e escolhe-

se a que melhor se ajusta (maior valor de R2). A interseco com o eixo das abcissas "x"

define a carga de ruptura fsica. Uma segunda situao o caso de fundaes que no se

rompem, como, por exemplo, sapatas e bases de estacas escavadas. Observa-se claramente

que a curva que melhor se ajusta do tipo log-log. Fica claro que h uma assntota sub-

horizontal, o que significa que praticamente no ir se atingir o eixo dos "x".

Observa-se neste mtodo que, mesmo que a prova de carga tenha sido

interrompida prematuramente, possvel traar a curva carga vs recalque na sua

totalidade.

19

3.5 Previso de recalque de estacas sob carga compresso axial

A determinao dos recalques de estacas, sujeitas, a carregamento axial,

verificados a curto e longo prazo, quando das aplicaes das cargas, , ainda hoje, um

campo aberto s pesquisas. Os mtodos de clculo de recalques propostos pelos

especialistas que se dedicam ao assunto no deram soluo definitiva a esse problema.

Segundo ALBUQUERQUE et al. (2001), a estimativa do recalque do topo de

uma estaca muito importante para qualquer projeto de fundaes, pois a carga de

trabalho (Qtrab) tambm funo dos recalques que a estrutura pode tolerar.

Os estudos realizados at o momento possibilitam a determinao do recalque ou

formas para que seja possvel atingir tal objetivo. Dentro desse contexto surgiram vrias

propostas para se avaliar o recalque de estacas isoladas ou em grupo.

As propostas existentes para a previso dos recalques de fundaes de edificaes

so as somatrias de: a) recalques imediatos; b) recalques diferidos ou de adensamento

primrio; c) recalques secundrios (VARGAS, 1978).

Algumas propostas estudadas ao longo destes anos de pesquisa objetivaram

desenvolver formulaes, algumas com elevado grau de complexibilidade para previso

de recalques, dificultando a aplicao de alguns mtodos para a finalidade desejada.

Muitas vezes, as consideraes adotadas para a interpretao dos recalques de fundaes

so intrnsecas ao princpio que rege o mtodo empregado. Alguns modelos baseiam-se na

Teoria da Elasticidade, principalmente nas equaes de Mindlin.

H trabalhos empricos que foram desenvolvidos ao longo dos anos que

relacionam a intensidade do recalque ao tipo de solo, intensidade da carga (em relao

carga ltima Qu) e a anlise do ponto de vista de cada autor, como mostra a tabela 3.1.

20

Tabela 3.1. Pontos notveis da curva carga vs recalque de estacas de deslocamento

Tipo de solo Nvel de carga Recalque Autor

Argila 85% de Qu 2,450 Torstensson (1973) * Argila 100% de Qu 4,050 Torstensson (1973) * Areia 75% de Qu 2,050 Sellgren (1985) * Areia 85% de Qu 2,550 De Beer (1988) Areia 100% de Qu 5,050 Sellgren (1985) *

* Apud Hansbo (1994)

DCOURT (1991b), aps analisar diversos resultados de provas de carga em

estacas de deslocamento, sugere que para cargas no superiores a Qrup / 2, o recalque s, na

maioria dos casos, estar entre 2,0 e 6,0mm.

Neste trabalho, estima-se o recalque para a carga de trabalho (Qtrab), denominado

%50 , visto que, as fundaes so projetadas e dimensionadas de acordo com o valor desta carga.

3.5.1 Implicaes da Interao Estaca-Solo

Durante a execuo e instalao de fundaes por diversas metodologias

executivas, a interao com o solo adjacente futura estaca bastante pertubadora. De

maneira que, torna-se extremamente complexo o entendimento do comportamento dessa

fundao, pois no se tem mais o solo nas mesmas condies conhecidas anteriormente

execuo da fundao.

Pode-se ocasionar nesta fundao algumas mudanas em seu comportamento, no

entanto, deve-se ressaltar alguns fatores que influem no recalque, sendo eles:

- recalques imediatos, aqueles em que medida que so aplicados incrementos de

carga obtm-se diretamente valores de recalque;

- recalques devido ao adensamento do solo, os quais ocorrem em longos perodos

de tempo;

- recalques estruturais, inclusive do prprio elemento de fundao;

21

- caso ocorram recalques diferenciais, considerados os mais danosos estrutura,

estes implicaro em redistribuio das cargas da estrutura e conseqente mudana no

estado de tenses aplicadas ao solo.

Ressalta-se que, a grande dificuldade no entendimento do comportamento carga vs

recalque de fundaes, encontra-se na no-linearidade dos fatores que compem o

recalque.

3.5.2 Modelo de Transferncia de Carga

So vrias as analogias adotadas para tentativas de previso dos recalques de

fundaes por estacas, sendo uma delas a anlise comparativa com o dimensionamento

estrutural de um pilar. Dessa maneira tenta-se compreender o sistema de transferncia de

carga de modo a definir a forma de como quando ocorre o equilbrio entre as foras

solicitantes e as resistentes ao longo do elemento de fundao.

Existem alguns estudos os quais propem solues grficas e analticas para

compreenso dos fenmenos de transferncia de carga no interior da massa de solo, de tal

sorte que se possa prever a curva carga vs recalque a ser obtida atravs das medies

efetuadas pelos medidores de deformao do material durante a prova de carga. Dos

mtodos existentes, aqueles que so baseados na soluo de MINDLIN (1936)

apresentam resultados satisfatrios para previso do recalque.

PANDO et. al. (2004) prope uma curva de transferncia de carga, a qual pode ser

obtida usando os dados do ensaio in situ do CPT ssmico (SCPT). Descobriu-se que as

previses que usam as curvas de transferncia de carga, baseadas no modelo hiperblico

convencional, so mais rgidas do que as medidas obtidas em campo. Dessa forma,

acredita-se que este fato possa estar relacionado com a degradao mais lenta do mdulo

de cisalhamento (G). Esta taxa de degradao no considerada apropriada quando se usa

o mdulo de cisalhamento inicial (G0) com muito baixas deformaes como valor inicial

de referncia.

22

3.5.2.1 Soluo de MINDLIN (1936)

Para o caso de uma fora vertical unitria aplicada no interior do semi-espao

homogneo profundidade c, MINDLIN (1936) obteve a seguinte soluo analtica para

os campos de tenso e de deslocamentos verticais em um ponto qualquer do meio elstico

(Figura 3.5).

Fc

c

z

superfcie

21

222 ))cz(r(R ++=

21

221 ))cz(r(R +=

21

22 )yx(r += Figura 3.5. Soluo de Mindlin (1936) para fora vertical F no interior do semi-espao

homogneo.

+++++=

72

3

52

2

51

3

32

31

z R)cz(cz30

R)cz5)(cz(c3)cz(z)43(3

R)cz(3

R)cz)(21(

R)cz)(21(

)1(8F

(9)

++++++= 522

22

2

31

2

2

2

1z R

)cz(cz6R

cz2)cz)(43(R

)cz(R

)43()1(8R

)43()1(G16

F (10)

3.5.3 Fatores que influenciam no recalque de estacas isoladas

A anlise do comportamento no-linear do solo tem sido levada em considerao

por vrios autores. Os parmetros do solo, tais como, mdulo de cisalhamento e mdulo

de elasticidade parecem exercer grande influncia no comportamento tenso-deformao

do elemento de fundao.

No geral, o comportamento de uma estaca influenciado por inmeros fatores, tais

como as caractersticas da estaca, o comportamento mecnico no linear do solo, e pela

23

influncia de fatores tecnolgicos e de instalao. Um procedimento til para avaliar estes

e outros fatores no ensaio a retro-anlise dos resultados das provas de carga esttica

executadas em estaca isolada. Partindo-se do conhecimento dos parmetros do solo.

Assim, o comportamento da curva carga vs recalque pode ser previsto e os valores da

rigidez operacional podem ser avaliados (BERARDI & BOVOLENTA, 2005).

O segundo os autores acima, os valores da tenso de rigidez podem ser definidos

ensaiando-se o solo ou usando-se a funo de rigidez de reduo proposta na literatura. Os

valores so geralmente expressos por curvas de G/G0 como uma funo de (tenso de cisalhamento). Um valor comum da tenso de cisalhamento para o solo ao redor da estaca

avaliado e uma curva de degradao satisfatria escolhida de acordo com o tipo de

solo, permitindo-se, ento, que a determinao da curva carga vs recalque seja calculada

por um processo de iterao.

Segundo PANDO et al. (2004) fundamental o conhecimento do mdulo de

cisalhamento inicial do solo (G0) para um maior entendimento na percepo da no-

linearidade do mesmo, principalmente quando se utiliza um valor muito baixo de

resistncia como referncia inicial. A estimativa destes parmetros pode ser feita a partir

de ensaios como o CPT, o qual se tornou extremamente usual na prtica geotcnica em

muitos pases.

O uso do modelo hiperblico modificado necessrio para se incorporar a rpida

reduo do mdulo de cisalhamento secante observado quando valores muitos baixos de

solicitao de G0 de medies de CPT ssmico so usados como referncia inicial

(PANDO et. al, 2004).

Apesar das consideraes feitas anteriormente, ressalta-se que existem vrios

fatores que podem influenciar o recalque de estacas isoladas. Como exemplo, pode-se

citar POULOS (1989):

- O ndice de esbeltez da estaca, tambm conhecida como razo de embutimento,

ou seja, a razo entre o seu comprimento e o dimetro (L/d);

- O fator de rigidez K, tambm denominado rigidez relativa da estaca, definido

por:

EREK AP = (11)

24

Onde,

RA - ndice de rea (projeto / real);

Ep/E, a razo entre o mdulo de elasticidade do solo na base da estaca Ep (estaca)

e o mdulo ao longo do fuste da estaca E;

De acordo com a figura 3.6, para o caso de uma estaca flutuante em um meio

elstico homogneo, o recalque diminui na medida em que L/d e K aumentam.

Figura 3.6. Influncia dos parmetros adimensionais L/d e K no recalque de estacas

isoladas em solo homogneo (Poulos, 1989).

Em outra circunstncia, o recalque de uma estaca no , entretanto,

significativamente influenciado pela razo Eb/E no caso de uma estaca relativamente

esbelta e/ou compressvel, conforme indicado na figura 3.7.

Pode-se observar na figura 3.7 que, para valores de L/d>50, a reduo no recalque devido presena do estrato de apoio inferior a 40%. Conseqentemente, neste caso,

para se obter uma reduo significativa no valor do recalque, um aumento no dimetro

e/ou na rigidez da estaca muito mais aconselhvel do que apoi-la sobre um estrato

rgido. Isto justificado pela parcela mnima de carga transferida para a ponta, pois

praticamente toda a carga absorvida pelo solo ao longo do fuste da estaca.

25

Figura 3.7. Razo entre os recalques de estacas de ponta e flutuante em solo homogneo

(Poulos, 1989).

Um exemplo da influncia da distribuio do mdulo de elasticidade com a

profundidade no clculo do recalque e na transferncia de carga dado pela figura 3.8.

Figura 3.8. Distribuio das tenses cisalhantes ao longo do fuste da estaca (Poulos,

1989).

26

No caso onde o perfil de solo apresenta um crescimento linear do mdulo de

elasticidade com a profundidade (solo de Gibson), a distribuio das tenses cisalhantes

tambm cresce linearmente, enquanto que no caso de um solo homogneo esta

distribuio relativamente uniforme.

Verifica-se que os parmetros que compem os materiais envolvidos (solo e

estaca) na anlise de fundaes exercem grande influncia no comportamento da curva

carga vs recalque. Desta forma, verifica-se que o mdulo de elasticidade exerce relevante

influncia na determinao e / ou previso dos recalques que um elemento de fundao

pode sofrer.

3.6 Estimativas de parmetros e do estado de tenses Durante a instalao de uma estaca em um terreno tem-se vrias incgnitas, dentre

elas, verifica-se que, durante o processo executivo de estacas raiz, podem ocorrer

mudana no estado de tenses prximo estaca e amolgamento de uma fina camada ao

redor da mesma.

Esse amolgamento causa modificao das caractersticas de resistncia do solo em

torno da estaca. No possvel quantificar com exatido qual ser a variao dos

parmetros do material amolgado, mas possvel estimar os parmetros de resistncia

antes da instalao e considerar os efeitos depois da instalao atravs de coeficientes

empricos que devero englobar, dentro de uma margem de segurana, os efeitos da perda

de resistncia promovido pelo processo de instalao da estaca. Nota-se, que as

metodologias para previso de capacidade de suporte de estacas esto sempre baseadas

nas caractersticas mecnicas e parmetros do material antes da instalao da estaca como

elemento de fundaco.

O conhecimento dos parmetros do solo e do estado de tenses fator

imprescindvel para o correto entendimento e eficaz previso do comportamento de um

elemento de fundao. Das vrias possibilidades de se estimar as caractersticas fsico-

mecnicas do solo, verifica-se que existem vrios fatores intervenientes para obter

resultados confiveis.

27

Segundo LEHANE & FAHEY (2004), estabelece-se que devido dificuldade de

se obter amostras no perturbadas de areia, para a determinao em laboratrio dos

parmetros de rigidez, deve-se confiar nos ensaios in situ.

Para a estimativa do mdulo de cisalhamento inicial, pode-se faz-lo a partir das

medidas de velocidade de onda cisalhante e das resistncias laterais e de ponta da estaca

PANDO et. al (2004).

Existem inmeras correlaes que procuram determinar de forma emprica

parmetros geotcnicos a partir de ensaios de campo. Essas formulaes normalmente no

possuem nenhum fundamento terico, e sendo totalmente empricas. Alm de serem

oriundas da literatura internacional, a qual trata do comportamento do solo de clima

temperado que apresenta comportamento bastante distinto quando comparado ao solo de

clima tropical, quer seja pela sua origem pedogentica, quer seja pela sua origem

intemprica.

3.6.1 Parmetros dos Solos

Vrios so os parmetros do solo que so imprescndiveis para a soluo de

problemas geotcnicos e que, no entanto, no necessitam serem determinados atravs de

ensaios especficos realizados em laboratrio. Com o emprego de ensaios realizados

diretamente in situ pode-se determinar alguns parmetros, talvez no com o grau de

preciso que um ensaio de laboratrio poderia oferecer, porm com maior rapidez. Os

ensaios in-situ oferecem anlises com maior garantia de que o estado de tenses, assim

como as caracterticas originais da macroestrutura do solo tenham menor perturbao no

momento em que esteja sendo realizado o ensaio.

A realizao de coletas de amostras, indeformadas ou no, mostra-se normalmente

dispendiciosa, exceto para as amostras indeformadas se forem retiradas em grandes

profundidades. Para este servio de amostragem, demanda-se tempo e utilizao de mo-

de-obra especializada, a qual normalmente contratada para este servio.

Pela maneira como as amostras indeformadas so coletadas, apesar da mo-de-

obra ser tecnicamente capaz, podem ser facilmente perturbadas, de tal modo que no

possam mais serem consideradas como uma amostra representativa daquele solo.

28

O intuito da aplicao de ensaios de campo, neste caso, os ensaios de cone,

pressimetro e dilatmetro, o de viabilizar as estimavas do mdulo de elasticidade,

mdulo de cisalhamento, dentre outros parmetros que possam ser determinados atravs

de correlaes empricas a partir dos resultados dos ensaios supra-citados.

Dentre os parmetros que se mostram mais relevantes com relao determinao

e interpretao do comportamento no-linear do recalque de fundaes, ressalta-se os

mdulos de elasticidade (E) e o mdulo de cisalhamento inicial (G0).

3.6.2 Mdulo de Elasticidade

A curva tenso vs deformao de um solo tem a forma indicada na figura 3.9. No

trecho inicial dessa curva existe proporcionalidade entre tenso e deformao (reta 1). A

inclinao dessa reta denomina-se mdulo de elasticidade tangente inicial, para

diferenci-la da reta 2, a qual denominada mdulo tangente para uma dada presso . A inclinao da reta 3, denominada mdulo secante, usada quando se pretende dar

tratamento linear a uma funo no linear, atravs de clculos iterativos de tal sorte que as

coordenadas A e A do ponto A, calculados pelo mdulo secante, coincidam com os da curva real.

Para o caso especfico desta pesquisa, utiliza-se o mdulo secante para os clculos

das deformaes e para os casos onde for necessrio o seu emprego.

Figura 3.9. Mdulos de elasticidade.

29

Na figura 3.10a mostra-se, esquematicamente, como varia a curva x e, portanto, os mdulos de elasticidade, com a presso confinante; e, na figura 3.10b tem-se

a variao, quando se permite ou no a drenagem durante o carregamento.

Figura 3.10. Consideraes sobre o mdulo de elasticidade

Uma correlao entre o mdulo de elasticidade Eu = arctg() (no-drenado) e E = arctg () (drenado) apresentado por BARATA (1986).

E)1(2

3Eu += (12)

Em que:

Eu = 1.000 Cu (argilas inorgnicas)

Eu = 100 Cu (argilas orgnicas)

Cu = coeso no-drenada (metade da resistncia compresso simples).

Uma correlao anloga entre o mdulo de elasticidade drenado E e o mdulo de

adensamento Ead :

ad

2

E)121(E

= (13)

O mdulo de elasticidade drenado E pode ser correlacionado com a resistncia

ruptura do solo (resistncia de ponta do ensaio CPT). Para solos no saturados ou de

30

compressibilidade rpida, essa correlao pode ser obtida de maneira direta, pela

expresso:

cqaE = (14) Em que a uma constante denominada coeficiente de Buisman.

Tabela 3.2. Valor do Coeficiente de Buisman (modificado de BARATA et al, 1970)

Tipo de solo Coeficiente de

Buisman

Argila areno-siltosa (porosa)

(solo residual de basalto, ao natural)

(Refinaria do Planalto, Campinas, SP)

5,20 - 9,20

Os ensaios de campo de mecnica dos solos, usualmente empregados, tais como:

pressimetro, cone de penetrao esttica e dilatmetro de Marchetti podem contribuir

consideravelmente na obteno de parmetros que possibilitem a determinao do mdulo

de elasticidade. No entanto, ressalta-se que em todos os ensaios supracitados, o mdulo

estimado previamente execuo da fundao pode no refletir as novas condies do

estado de tenses a que o solo foi submetido, quer pelo mtodo executivo das estruturas

de fundaes, quer pelo alvio de tenses e pela interao solo com material da estaca.

3.6.2.1 Ensaio Pressiomtrico

O ensaio pressiomtrico destaca-se pela sua portabilidade e alta adaptabilidade aos

diversos tipos de perfis de solo, alm de permitir a obteno direta dos parmetros de

resistncia e deformao do solo. Este equipamento relativamente caro e difcil de

operar. Ressalta-se que o pressimetro Mnard um dispositivo simples, fcil de

transportar, operar e calibrar e que, por ser produzido industrialmente, est menos sujeito

s adulteraes nas suas caractersticas do que o SPT.

Seu princpio bsico consiste na expanso de uma cavidade cilndrica no macio

de solo, com o objetivo de medir as propriedades de deformao e a tenso de ruptura do

material (Figura 3.11). Na prtica, o ensaio consiste na execuo de um furo de sondagem

31

at a profundidade desejada inserindo-se, ento, a sonda pressiomtrica na qual so

aplicadas presses em incrementos e medidas as variaes volumtricas correspondentes.

Figura 3.11. Modelo do ensaio pressiomtrico

A sonda pressiomtrica possui, normalmente, trs cilindros ou cmaras

superpostas. As cmaras do topo e do fundo tm como funo principal impedir a

possibilidade de deformaes longitudinais (conforme figura 3.11) da clula de medio

(clula central) em virtude do seu comprimento finito. Assim, uma situao de

deformao plana simulada e a interpretao dos resultados do ensaio pode ser feita com

base em formulao da teoria da elasticidade linear sob condies de deformao plana.

Com os dados obtidos, plota-se a curva presso vs variao volumtrica, conforme

figura 3.12. Observando-se a forma da curva, nota-se que a mesma apresenta trs fases

distintas:

A primeira fase corresponde ao recarregamento do solo amolgado, adjacente s

paredes do furo, at a tenso horizontal inicial existente antes de aberto o furo.

A segunda fase mostra uma relao pseudo-elstica entre tenses e deformaes,

praticamente proporcional. Nesta etapa, aplica-se a teoria da elasticidade linear para a

determinao das caractersticas de deformao do solo ensaiado.

32

A terceira fase indica um comportamento plstico do solo em torno da cavidade,

com a ruptura sendo atingida gradualmente.

Figura 3.12. Representao de curva tpica obtida em um ensaio pressiomtrico.

A obteno das caractersticas de deformao do solo a partir deste ensaio parte da

hiptese, j mencionada, da linearidade do trecho pseudo-elstico da curva. A expanso

de uma cavidade cilndrica em um meio elstico e infinito, obtida por Lam em 1852,

permite concluir que:

V/PVG m = (15)onde:

G = mdulo de cisalhamento do solo;

P = incremento de presso na cavidade; Vm = volume da cavidade;

V = variao volumtrica na cavidade causada pelo incremento de presso P (V = Vf - Vo).

Em um meio elstico, o mdulo de cisalhamento (G) pode ser relacionado com o

mdulo de elasticidade (E) atravs de:

33

)1(2EG += (16)

onde

E = mdulo de elasticidade

= coeficiente de Poisson

Como o ensaio no permite avaliar os dois parmetros elsticos (E, ) em geral assume-se, ou determina-se de forma independente em outro tipo de ensaio, o valor do

coeficiente de Poisson. (adota-se = 0,33) Enquanto a razo P/V, coeficiente angular do trecho linear da curva

pressiomtrica, permanece constante, o volume da cavidade Vm varia durante o ensaio.

BAGUELIN et al (1978) sugerem que Vm seja tomado como o valor mdio entre o

volume inicial (Vo) e o final (Vf) no incremento de presso P, ou seja:

2)VV(VV f0im

++= (17)

onde

Vi = volume inicial da clula de medio

Um fator importante na determinao do mdulo de cisalhamento a forte

dependncia deste em relao ao nvel de variao volumtrica adotada (V/Vm em %) para a determinao da deformabilidade do solo, conforme indicado na figura 3.13.

Observa-se que quanto menor a deformao volumtrica especfica, maior o mdulo de

elasticidade obtido.

34

Figura 3.13. Mdulo de elasticidade vs deformao volumtrica especfica para um solo.

Uma outra observao importante refere-se determinao do mdulo de

elasticidade atravs da curva de recarregamento do ensaio. Pode-se verificar (figura 3.14)

que os mdulos de elasticidade assim obtidos so maiores que os determinados atravs da

curva de carregamento virgem (inicial) do ensaio, justificado pelo fato de que, na curva de

recarregamento, o valor do volume da cavidade (Vm) maior para um mesmo P/V, fornecendo, conseqentemente, um maior valor de mdulo nas equaes 15 e 16.

Figura 3.14. Ilustrao esquemtica da determinao do volume da cavidade no ensaio

pressiomtrico.

35

Onde:

0fv VV =

++=2

VVVV 0fiMC para o carregamento virgem;

++=2

VVVV 0fiMR para recarregamento.

Alm disso, se o volume da cavidade Vm maior para uma determinada variao

volumtrica V, a deformao volumtrica especfica (V/Vm%) menor e, portanto, maior ser o valor do mdulo a ser obtido, de acordo com a figura 3.14.

A tabela 3.3 (ROCHA FILHO, 1989) apresenta um conjunto de correlaes entre

o mdulo de elasticidade obtido atravs deste ensaio e o NSPT. Nesta tabela, ao apresentar

alguns resultados prprios com os de outros autores MARTIN, em 1977, e em 1987;

Rocha Filho indica que os valores do mdulo pressiomtrico de recarregamento so

aproximadamente 2 a 3 vezes maiores que os obtidos na fase de carregamento inicial.

Uma determinao precisa dos mdulos do solo a pequenos nveis de deformao

especfica, no , entretanto, possvel atravs deste ensaio, justificado por dois motivos

principais. O primeiro, devido ao amolgamento provocado no solo durante a execuo do

furo e posterior insero da sonda pressiomtrica, que afeta significativamente a

interpretao dos resultados do ensaio, uma vez que a determinao do deslocamento

radial feito atravs da medio de variaes volumtricas que sero sensivelmente

maiores devido a este amolgamento, fazendo com que as deformaes volumtricas

especficas calculadas sejam maiores do que para o solo intacto. Segundo BRIAUD

(1992), a espessura da zona perturbada (amolgada) atinge cerca de 40% do raio inicial de

perfurao, refletindo-se num valor do mdulo significativamente menor do que o real.

Com o objetivo de reduzir esse amolgamento, recomenda-se executar a perfur