Interpretação de provas de carga dinâmicas em estacas hélice contínua, Manuais, Projetos, Pesquisas de Energia

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FELIPE CORREA DA SILVA

Interpretação de provas de carga dinâmicas em estacas hélice contínua

Guaratinguetá - SP 2016

Felipe Correa da Silva

Interpretação de provas de carga dinâmicas em estacas hélice contínua

Trabalho de Graduação apresentado ao Conselho de Curso de Graduação em Engenharia Civil da Faculdade de Engenharia do Campus de Guaratinguetá, Universidade Estadual Paulista, como parte dos requisitos para obtenção do diploma de Graduação em Engenharia Civil.

Orientador: George de Paula Bernardes

Guaratinguetá - SP 2016

DADOS CURRICULARES

FELIPE CORREA DA SILVA

NASCIMENTO 17.03.1991 – Arujá / SP

FILIAÇÃO Valmir Correa da Silva Silvânia Márcia Penteado da Silva

2006/2008 Ensino médio completo Escola Técnica Estadual Presidente Vargas

AGRADECIMENTOS

Primeiramente agradeço a Deus, por sempre me sustentar, me renovar e nunca desistir de mim Ao meu orientador, Prof. Dr. George de Paula Bernardes pela paciência ao me orientar e explicar e por me impulsionar a sempre aprofundar mais neste trabalho e em minha graduação. À minha família, meus pais Silvânia e Valmir, minha irmã Camila e meus avós, Bento e Hermelinda que ao longo de toda minha graduação me proporcionaram suporte emocional, psicológico, físico, espiritual, financeiro, ... sem os quais nunca teria conseguido finalizar este trabalho, meu intercâmbio ou mesmo minha graduação. Aos meus amigos Maurício, Rafael, João, Fernando, Otávio, Jonathan, Leonardo, Luis Henrique, Bruna, Jéssica, Gabi, Gian, Patrícia e todos mais que tive a felicidade de conhecer pela amizade, pela companhia em momentos de alegria ou desespero, comemorações ou tristezas, seja no Brasil ou na França, ao longo desses anos. Aos meus amigos do Pocket Dunamis , Marcelo, Matheus, Osvaldo, Jessé e todos integrantes desse grupo pelas orações, pela amizade, pelos conselhos e por fazerem parte de uma importante transformação na minha vida. E finalmente à minha namorada Natália, amor da minha vida, companheira para todos os momentos, que me escutou em todas as minhas crises, que sentou comigo e me ajudou a escrever, que me cobrou, me acalmou, me amou, me incentivou, me suportou e possibilitou a finalização deste trabalho.

“Aquele que não ama não conhece a Deus; porque Deus é amor.” 1 João 4:

ABSTRACT

The dynamic load tests represent a major breakthrough in the level of reliability for foundations, they give support to the engineer in the upcoming decisions throughout the enterprise. This paper studies the interpretation of results from a dynamic test carried out in ten continuous flight auger piles from the JM 600 Office & Mall located at Arujá. Initially they were made load capacity forecasts by the methods of Décourt-Lent and Urban Alonso, based on five SPT tests performed on the ground, for comparison with the curve obtained by the CAPWAP method. From the data provided by the PDA load-settlement curves were extrapolated by the method Van Der Veen (1953) modified by Aoki (1979) in order to meet the load capacity for the application of the method provided by the NBR 6122/2010 and the method used the British standard BS 8004. It can be said, with the comparison between the final results and the forecasts that the dynamic load tests described well the real strength of the piles and the CAPWAP analysis method used by the device ensures a good level of reliability for this tests.

KEYWORDS : dynamic load tests. capwap. bearing capacity.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

• Dezembro
• Figura 1 - Método executivo para estacas de hélice contínua
• Figura 2 - Detalhe de um TARACORD
• Figura 3 - Resultados de uma sondagem SPT
• Figura 4 - Cargas ao longo de uma estaca
• Figura 5 - Estacas de um mesmo tipo em diferentes situações
• Figura 6 - Sensores conectados a uma estaca
• Figura 7 - Ensaio de Prova de carga dinâmica em estaca de hélice contínua...........................
• Figura 8 - Condições básicas para prova de carga dinâmica
• Figura 9 - Pile Driving Analyser (PDA)
• Figura 10 - Pile Driving Analyzer® Model 8G
• Figura 11 - Exemplos de curva carga-recalque.
• Figura 12 - Critério de Terzaghi para encontrar Q
• Figura 13 - Vista do alto das Torres
• Figura 14 - Locação dos Ensaios (Escala 1:400)
• Figura 15 - Execução de estaca hélice contínua do JM 600 Office & Mall
• Figura 16 - Execução de estaca hélice contínua do JM 600 Office & Mall
• Figure 17 - locação das estacas em estudo
• Figura 18 - Previsões da mobilização do atrito lateral ao longo do fuste da estaca 114B
• Figura 19 - Previsões da mobilização do atrito lateral ao longo do fuste da estaca
• Figura 20 - Aproximação linear pelo método Van Der Veen (1953) para estaca
• Figura 21 - Aproximação linear pelo método Van Der Veen (1953) para estaca 114B...........
• Figura 22 - Carga última - estaca P106
• Figura 23 - Carga última - estaca P109A
• Figura 24 - Carga última - estaca P114B..................................................................................
• Figura 25 - Gráficos resultantes do método CAPWAP p/ estaca
• Figura 26 - Gráficos resultantes do método CAPWAP p/ estaca 114B
• Figura 27 - Mobilização do atrito lateral P106.
• Figura 28 - Mobilização do atrito lateral P114B
• Figura 29 - Mobilização do atrito lateral P112A
• Figura 30 - Mobilização do atrito lateral P122A
• Tabela 1 - Coeficientes αDQ para correção da carga de atrito lateral da estaca. LISTA DE TABELAS
• Tabela 2 - Coeficientes βDQ para correção da carga de ponta da estaca.
• Tabela 3 - Coeficiente kDQ do método Décourt-Quaresma
• Tabela 4 - Coeficiente αU para correção da resistência ao atrito lateral por tipo de estaca
• contínua Tabela 5 - Coeficiente βU de correção da carga de ponta em função do solo para hélice
• Tabela 6 - Características das estacas
• Tabela 7 - Características das ensaios
• Tabela 8 - Resultados da Prova de Carga para estaca P106
• Tabela 9 - Resultados da Prova de Carga para estaca P114B
• Tabela 10 - Resultados do CAPWAP para todas estacas
• Tabela 11 - Qp e QL em previsões e CAPWAP
• Tabela 12 - Resumo de Q 0 (kN)
• 1 INTRODUÇÃO SUMÁRIO
• 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
• 2.1 FUNDAÇÕES PROFUNDAS
• 2.1.1 Estacas hélice contínua
• 2.2 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA
• 2.2.1 Ensaio SPT
• 2.3 CAPACIDADE DE CARGA
• 2.3.1 Métodos de Previsão da capacidade de carga
• 2.3.1.1 Décourt-Quaresma
• 2.3.1.2 Urbano Alonso
• 2.4 PROVAS DE CARGA DINÂMICA
• 2.4.1 Execução do ensaio dinâmico em hélice contínua
• 2.4.2 Medição
• 2.4.3 Análise dos dados
• 2.4.3.1 Metodologia CAPWAP de analise dos dados
• 2.4.3.2 Metodologia para encontrar a carga última
• 2.4.3.2.1 Extrapolação da Curva Carga-recalque
• 2.4.3.2.2 Método da Norma brasileira
• 2.4.3.2.3 Método da Norma Inglesa
• 3 CARACTERÍSTICAS DO EMPREENDIMENTO EM ESTUDO.......
• 3.1 ESTACAS EM ESTUDO
• 4 ENSAIO DINÂMICO NAS ESTACAS
• 4.1 INTERPRETAÇÃO DO ENSAIO DINÂMICO
• 4.1.1 Extrapolação das curvas Q x r
• 4.1.2. Métodos de obtenção da carga Q última
• 4.1.2.1 Norma Inglesa e NBR
• 4.1.2.2 Análise CAPWAP
• 4.1.3. Comparação entre os métodos de obtenção de Q
• 5 CONCLUSÃO
• REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• ANEXO A - ENSAIOS SPT.......................................................................
• ANEXO B - REPROCESSAMENTO DE SINAIS
• ANEXO C - ANEXO C - APROXIMAÇÕES LINEARES
• ANEXO D - RESULTADOS CAPWAP
• ANEXO E - COMPARAÇÃO ENTRE OS MÉTODOS DE OBTENÇÃO DE Q
• ANEXO F - PROJETO DE FUNDAÇÕES DO JM 600 OFFICE & MALL

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2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 FUNDAÇÕES PROFUNDAS

As fundações profundas são utilizadas quando a carga admissível oferecida pelas camadas superficiais do solo não é o suficiente para a carga solicitada. Há, portanto, a necessidade de transmitir essas cargas para camadas mais profundas do terreno. A carga de solicitação se divide no solo conforme o contato com o mesmo. De acordo com a NBR 6122 (2010), uma fundação profunda pode ser definida como ” elemento de fundação que transmite a carga ao terreno ou pela base (resistência de ponta) ou por sua superfície lateral (resistência de fuste) ou por uma combinação das duas ”. Esse tipo de fundação pode ser dividido em dois grupos:

 Estaca: É executada por cravação a percussão, escavação, injeção, entre outros meios e pode ser de diversos formados e extensões de acordo com as necessidades da estrutura;  Tubulão: Possui forma cilíndrica. e diferente da estaca, exige a descida de um operário durante sua execução;

Os grupos se diferenciam por metodologias, e dimensionamentos próprios. Em geral, as estacas são o tipo mais escolhido, pois oferecem uma gama muito grande de formatos, tamanhos e aplicações, o que as possibilitam oferecer diversas soluções para obras de engenharia. O projetista do empreendimento deve definir a melhor estaca de acordo com as necessidades do empreendimento e características do local. (VELLOSO; LOPES 1998).

2.1.1 Estacas hélice contínua

A chamada hélice contínua é uma estaca moldada "in loco" e começou a ser utilizada em meados de 1950 nos EUA através de guindastes com torre acoplada que portavam uma mesa perfuradora, já no início dos anos 70 esse processo se espalhou pelo resto do mundo. Ao longo dos anos os métodos e equipamentos continuaram a se popularizar e se desenvolver refletindo em avanços no controle de perfuração, monitoração, prumo, profundidade e concretagem. (PENNA et al, 1999).

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Só em 1987 começaram a ser realizadas esse tipo de estaca no Brasil, sendo a primeira publicação sobre o tema apenas em 1989, a qual descreve as pesquisas iniciais brasileiras feitas na Universidade de São Paulo. Os equipamentos nesta época ainda eram bem precários, pois não existia ainda no país a tecnologia adequada destinada a execução, e assim só eram permitidas estacas de até 15 m. Foi só na década de 90 que se iniciaram as importações de equipamentos próprios para a execução das estacas possibilitando profundidades de até 24 m e diâmetros de até 800 mm. Atualmente, com a crescente evolução da tecnologia as estacas podem alcançar 1200 mm de diâmetro e 32 m de comprimento, valores esses que continuam aumentando. (ANTUNES; TAROZZO, 1998). A Figura 1 resume os principais equipamentos utilizados.

Figura 1 - Método executivo para estacas de hélice contínua

Fonte: (Geofix fundações , 2012)

 Equipamento para perfuração: Uma hélice contínua é responsável pela perfuração e retirada de solo, no centro desta hélice existe uma haste tubular por onde será injetado o concreto. (NETO, 2002).  Sistema de monitoração: O controle do processo de execução foi uma das principais inovações do processo. Isto se dá usualmente por um aparelho denominado TARACORD (Figura 2), que tem como função gerenciar a produção das estacas avaliando a profundidade, tempo e velocidade de penetração e rotação e a inclinação da torre em relação a um referencial, controlando com isso a inclinação da própria estaca. (PENNA et al, 1999).

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2.2 INVESTIGAÇÃO GEOTÉCNICA

Uma sondagem do terreno é realizada com o objetivo de determinar propriedades geotécnicas e características do solo relevantes para o projeto de fundações, como resistência ao cisalhamento, estratificação do maciço e teor de saturação. Bowles (1997) aconselha a elaborar um projeto em que seja possível obter a máxima quantidade de informação com mínimo investimento, pois, segundo ele, inicialmente, ainda que um projeto de fundações conservador sem grandes programas de exploração mais sofisticados possa parecer mais econômico, se isso resultar numa incerteza tal que haja necessidade de se tomar medidas para garantir a segurança, pode-se culminar até mesmo em prejuízo. Um bom planejamento e gerenciamento em uma exploração geotécnica é a chave para a obtenção de dados suficientes e corretos para o projeto estrutural (DEPARTMENT OF PUBLIC WORKS AND SERVICES GOVERNMENT OF THE NORTHWEST TERRITORIES, 2010). Os engenheiros Decòurt e Artur Quaresma Filho afirmam que " é inconcebível fazer fundações sem uma boa sondagem " (CORREA et al 2004). Eles são defensores da utilização do torquímetro durante o ensaio, de maneira a conhecer o atrito lateral entre o amostrador e o solo (Ensaio SPT-T). No Brasil, e no mundo em geral, o ensaio mais utilizado é o SPT (sondagem a percussão) ou variações deste, devido ao custo mais atrativo e ao baixo nível de complexidade, porém em alguns casos ainda pode ser aplicado um ensaio CPT e/ou CPT-U, os quais são mais precisos e de custo parecido, mas que exigem um pouco mais de habilidade dos seus executores (QUARESMA et al, 1998).

2.2.1 Ensaio SPT

A NBR 6484 (2001) define o ensaio de sondagem à percussão, conhecido como SPT, como uma perfuração e cravação dinâmica de amostrador padrão, a cada metro, resultando na determinação do tipo de solo e de um índice de resistência, bem como da observação do nível do lençol freático. Este tipo de investigação pode ser considerada vantajosa em se tratando de economia e praticidade pois não exige uma mão-de-obra muito especializada, entretanto a falta de manutenção ou mau manuseio dos equipamentos pode resultar em erros graves nos resultados finais.

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Correa et al (2004) dividem o processo de sondagem a percussão em:

 Perfuração: feita através de trados manuais, não sendo permitido o uso do martelo para auxiliar no processo (NBR 6484, 2001);  Marcações: As hastes do amostrador de 45cm são marcadas com giz a cada 15cm, de modo que seja possível registrar o número de quedas do martelo necessárias para a cravação dos últimos 30cm, chamado de Nspt;  Coleta de amostras: Uma amostra de solo é retirada a cada metro de profundidade com devida identificação e registro do Nspt respectivo para análise em laboratório.

Qualquer alteração na altura, peso etc. pode alterar a energia envolvida no processo e, portanto, o resultado final. Se, por exemplo, o peso é solto de uma altura menor, provavelmente será preciso mais golpes para atravessar o mesmo trecho. Por isso, é de extrema importância a contratação de empresas idôneas, as quais seguirão as exigências normativas na execução dos ensaios. O perfil de solo (Figura 3) demarca com profundidades cada horizonte, e é, segundo Wolle e Hachich et al (1998), como uma radiografia para um ortopedista. Assim este documento permite a visualização das características do maciço, as camadas de solos sensíveis e a diferença do comportamento de solos previamente compactados. Todas as camadas encontradas precisam ser exibidas no relatório gráfico oferecido pela sondagem, bem como, o nível d água, o número de golpes N necessários à cravação dos 30 últimos centímetros do amostrador e quaisquer informações relevantes que forem observadas.