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Case

Conjunto Residencial no Rio de Janeiro


Conjunto

Residencial no

Rio de Janeiro

Introdução 4

Geologia do Terreno 5

As possíveis soluções 6

Campos de testes 14

Resultados 25

Considerações Finais 35


04

Introdução

No Rio de Janeiro tem ocorrido uma grande expansão residencial na área da Barra da Tijuca

com a construção de diversos edifícios com até 10 pavimentos, de médio a alto padrão.

A SCAC contribui para essa expansão com a solução de fundações profundas em estacas

de concreto pré-fabricado centrifugado, para um empreendimento a ser instalado em uma

área total de 210.000 m 2 , composto por 17 edifícios com 10 andares cada, totalizando

1480 apartamentos.

Essa região apresenta uma geologia composta por espessas camadas de argila siltosa

e orgânica, de baixa compacidade e resistência. Com essa complexidade, integraram-se

os estudos iniciais com a execução a fim de maximizar a solução em estacas de concreto

pré-fabricado.

Os estudos iniciais permitiram definir os diâmetros e comprimentos a serem cravados,

aferindo os parâmetros de projeto em campos de testes, maximizando as capacidades

de carga dos elementos isolados de fundação.

A seguir serão abordados tópicos relacionados ao estudo de um projeto integrado e o

controle de capacidade de carga executado em todas as estacas do projeto, apresentando

dados de ensaios de carregamento dinâmico, provas de carga estática e conjunto de nega

e repique.

Para a SCAC foi importante contribuir para o desafio desse projeto podendo transmitir

confiabilidade às fundações executadas.


Geologia do Terreno

A geologia no município do Rio de Janeiro é caracterizada pela presença

de maciços de rochas, fundamentalmente de origem pré-cambrianas,

constituindo morros e serras. Os principais maciços são o da Tijuca,

Pedra Branca, Gericinó e outros menores.

A área da Barra da Tijuca se localiza entre o maciço da Pedra Branca

e o da Tijuca (Figura 01), ocupando uma área total de 156 Km 2 .

A área é coberta por depósitos de vertentes e solos residuais

derivados dos morros.

Os perfis de estratigrafia apresentam camadas moles com concentrações

de materiais orgânicos até a profundidade de 10,0 a 15,0 metros em

relação ao nível do terreno natural com NSPT igual a zero.

















Figura 01: Mapa esquemático com a localização dos maciços.

Fonte: www.educacaopublica.rj.gov.br - pesquisado em 18/06/2010








A camada seguinte é uma composição intermediária de areia grossa



com pedregulhos oriundos do intemperismo sofrido pelo maciço rochoso.

Essa camada possui uma espessura média de 3,0 m e NSPT de 38 a 56

golpes/30 cm finais.

Finalizando com uma camada de silte-argiloso, com colorações amarelas

e brancas, e espessura média de 20,0 m, antes do impenetrável.

Possui um NSPT médio de 15 a 23 golpes/30 cm finais. Essa será

a camada responsável pela transferência das cargas.




05


06

As possíveis soluções

Com essa formação geológica, as soluções

de fundações estudadas inicialmente foram

estacas do tipo Franki e pré-fabricadas

de concreto. As soluções deveriam atender

as seguintes exigências:

a) Racionalizar a capacidade de carga

do elemento de fundação.

b) O elemento estrutural deverá possuir

resistência para atravessar a camada

de pedregulhos durante a cravação.

c) Eficiência executiva (fornecimento

de produto e execução em campo).

d) Controlar a capacidade de carga

Em relação às estacas do tipo Franki a questão

é saber se a camada na profundidade de 20,0 a

22,0 m, onde será executado o bulbo alargado,

teria competência em absorver os esforços

solicitantes transferidos pela superestrutura por

carga de ponta, considerando que os 15,0 m

iniciais não contribuiriam.


Executivamente a geologia apresentava uma camada

intermediária formada por pedregulhos e com NSPT > 40 golpes

para 30 cm finais. As estacas pré-fabricadas deveriam

necessariamente atravessar essa camada, entretanto acarretaria

num incremento de tensões de compressão no concreto,

podendo vir a atingir a resistência estrutural - fck.

Durante esse momento, várias empresas de pré-fabricados

apresentaram suas opções de produtos e soluções. Mas os

diferenciais que permitiriam a viabilidade do uso da solução

de estaca pré-fabricada pelo processo de centrifugação e

a solução de engenharia SCAC foram:

a) A utilização de elementos industrializados (garantia

da resistência estrutural e qualidade).

b) A solução de um projeto integrado, contemplando desde

os estudos iniciais e testes aos projetos e execução.

c) A integração entre produtora e executora – reduzindo

os tempos, perdas e prazos de execução.

d) Possuir uma frota própria de equipamentos.

e) Utilizar da metodologia de repique elástico, monitorando

e comprovando as capacidades de carga de estaca por estaca.

Esses itens colaboravam para a metodologia executiva da obra,

em que se buscam prazos, custos competitivos, velocidade de

execução e soluções integradas. Essa parceria de trabalho entre

a SCAC, consultoria técnica e equipe de obra (contratados pelo

cliente) permitiu alcançar os seguintes resultados:

Especificações da Obra

Número de estacas cravadas (unid) 2096

Comprimento cravado (m) 57.424,60

Comprimento levantado (m) 60.640,70

Emendas executadas (unid) 5.429

Estacas quebradas (unid) 9

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08

Projeto Integrado

Os estudos iniciais de fundação começam

com o projeto de cargas da superestrutura

da edificação combinado com as sondagens

da área. Através das sondagens foi possível

caracterizar a estrutura do maciço, sua

composição, geologia, resistência e a

distribuição das camadas ao longo da

profundidade e no plano, permitindo assim

avaliar o mecanismo de transferência

solo-estrutura.

A metodologia de estudo adotada desde

os dados iniciais até o projeto executivo das

fundações foi realizada tendo como referência

o fluxograma apresentado na Figura 02.

Esse fluxograma teve como objetivo maximizar

a solução adotada integrando a fabricação

das estacas, a definição de projetos, os testes

e ensaios e a execução, contribuindo assim

para a redução de custos e re-trabalhos,

disponibilizando mais velocidade na tomada

de decisões.


Projeto de

Estruturas

sondagens

Iniciais

A seguir será detalhada cada etapa de estudo e desenvolvimento do

projeto, com foco no projeto executivo de fundações e seu respectivo

monitoramento na obra.

Estudos Iniciais

Definição dos ø e

comprimentos

Figura 02: Fluxograma de Projeto Integrado.

Projeto de Estruturas

Campo de Testes

Premissas de Projeto

Conclusão dos Estudos

ø e comprimentos

definidos e critérios

Projeto Executivo

de Fundações

Monitoramento

da Execução

Habitualmente os projetos de edifício em altura contemplam um núcleo

central de contraventamento, normalmente localizados na caixa de

elevadores e escada. Esses núcleos servem para combater os esforços

gerados pelo vento na fachada do edifício.

Nessa região, as cargas geradas sob os pilares do núcleo central

caracterizam-se por possuírem elevadas cargas de compressão

axial combinadas com momentos fletores.

Nesse projeto, o calculista criou dois grandes pórticos localizados

nas faces da fachada, exercendo a função da estrutura de

contraventamento principal. Considerando a geometria do edifício

simétrica e com a mesma contribuição de inércia nas duas direções, os

pilares periféricos seriam os que apresentariam em suas bases esforços

de flexo-compressão (Figura 03).

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10

Figura 03: Nível de esforços solicitantes na base dos pilares.

Esses pilares apresentavam esforços solicitantes de compressão entre 2400 kN a 3500 kN,

combinados com esforços de flexão na ordem de 212 kN.m a 340 kN.m.


Por meio da classificação dos níveis de carregamento dos pilares,

temos que 61% dos pilares estão concentrados em cargas acima

de 1250 kN, o que em termos de projetos corresponderiam

a estacas de média carga com diâmetros superiores a Ø50 cm.

A Figura 04 apresenta um resumo do nível de carregamento

dos pilares. Dos pilares que apresentam cargas acima de 1250 kN,

35% apresentam momentos críticos na base devido à ação do vento.














Figura 04: Distribuição de freqüência dos pilares de um edifício em níveis

de cargas de compressão.

Sondagens

O mecanismo resistente para absorver os esforços solicitantes

gerados pelo carregamento, num primeiro momento, é absorvido

pela superestrutura.

Posteriormente é transferido aos elementos isolados de fundação.

Trata-se como elemento isolado de fundação, o comportamento

da interação entre o elemento estrutural e o solo.

Dentro dos diversos perfis de sondagens do terreno estudou-se

as cargas de trabalho que as estacas poderiam ser submetidas,

verificando a correspondência com a capacidade geotécnica.

Durante a fase de dimensionamento do projeto de fundações

realizam-se estudos de cravabilidade, a fim de comparar os

comprimentos estimados com os reais obtidos em campo de testes.

O projeto foi dividido em quatro grandes lotes para estudo

e execução, o qual se analisou em função dos números

de prédios as respectivas sondagens, permitindo assim avaliar

os comprimentos e a variabilidade esperada na execução.

11


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Na região dos lotes foram executadas 166 sondagens, sendo 151 sondagens SPT.

A Tabela 01 apresenta um resumo geral dos lotes.

Tabela 01: Previsão dos comprimentos cravados em função das sondagens.

Parâmetros Lote nº. 1 Lote nº. 2 Lote nº. 3 Lote nº. 4

Nº. Prédios 3 4 6 4

Compr. Cravado (m) 28,7 29,4 27,5 28,5

Desvio Padrão (m) 5,6 2,4 2,1 2,2

Coef. Variação (%) 19,7 8,3 7,5 7,5

A partir dos dados da previsão dos comprimentos estimados pode-se constatar que o

maciço possui um comportamento do solo constante ao longo de todas as regiões da

obra, tendo uma maior variabilidade apenas no lote 01.

O comprimento médio de cravação previsto através das sondagens para as diversas

áreas foi de 28,6 m, com uma variabilidade de 2,87 m, resultando num coeficiente

de variação médio de 10,0 %.

Estudos Iniciais – Elemento Estrutural

Originalmente nos pilares havia uma concentração nas cargas de 1000 kN a 1800 kN

(Figura 04) conduzindo a diâmetros de estacas com cargas médio-pesadas.


Entretanto, o estudo do projeto e o dimensionamento das bases,

considerando o efeito da flexo-compressão, permitiram redistribuir

as cargas nas estacas com diâmetros menores.

A Figura 05 apresenta a distribuição de frequência dos diâmetros

padrões utilizados, obtidos por meio das cargas atuantes dos

pilares (Figura 03).
















Figura 05: Distribuição de frequências dos diâmetros para o edifício.

Através dessas considerações de cálculo, o projeto de fundações

resultante apresenta a distribuição das estacas e sua geometria

de acordo com o layout da Figura 06.

Figura 06: Layout do estaqueamento considerando a solução de projeto adotada.

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14

RESULTADOS

Campos de testes

Com as análises de projeto e a necessidade de confirmar em qual profundidade seria pos-

sível parar as estacas (otimizar os comprimentos cravados) para as cargas projetadas, foram

destinados duas áreas no terreno para a realização de testes, denominadas

de SP-A e SP-B.

Os dados de sondagem indicavam que o comprimento médio de cravação das estacas

seria de aproximadamente 28,0 m, parando na camada de silte argiloso com NSPT

variando de 11 a 29 golpes para 30 cm finais. As diferenças entre os campos estavam nas

espessuras das camadas de pedregulho e na sua profundidade.

Para cada campo foi executada a cravação de duas estacas, sendo uma de Ø33 e outra

de Ø50. Nas previsões estudadas pelos métodos semi-empíricos Aoki-Velloso e

Décourt-Quaresma a fim de atender as capacidades de carga admissíveis a profundidade

para Ø50 deveria ser de 32,0 m, enquanto que a de Ø33 poderia permanecer com os 28,0 m.

Como critério de paralisação adotou-se uma nega (S) inferior

a 50 mm e 20 mm respectivamente, realizando o registro do conjunto nega (S) e repique

elástico (K) no final da cravação.

Os campos de testes têm como objetivo:





verificar a possibilidade de paralisar a estaca em profundidades intermediárias;

verificar o desempenho do elemento estrutural em atravessar a camada de pedregulhos;

verificar as cargas de ruptura do solo para cada diâmetro (Tabela 02);

estabelecer critérios de cravação para a execução (dimensionamento das energias

aplicadas pelos equipamentos e condições de cravabilidade).


Tabela 02: Cargas de ruptura do solo a ser verificada.

Notas:

1- refere-se à carga do elemento estrutural prevista pelo projeto – premissa inicial;

2- consideração de FS = 2,0.

O equipamento utilizado foi um bate estacas com martelo de queda

livre com peso (W) de 50 kN, sendo dimensionado à altura de queda

(energia aplicada - EMX) de forma a não gerar tensões excessivas de

compressão (CSX) e tração (TSX) durante a cravação e que permitisse

mobilizar carga próxima à ruptura a ser verificada (Tabela 02).

Para os campos de testes seriam executados no final de cravação e

recravações (com setup superior a 7 dias) ensaios de carregamento

dinâmico (ECD) em cada estaca para avaliar o efeito e comportamento

da cicatrização do solo. Em todas as idades dos ensaios serão

registrados os sinais de repique e nega, e no final será executada uma

prova de carga estática (PCE) a ser definida.

CAMPO DE TESTES - ÁREA A

A Figura 07 apresenta a sondagem da área A, com os seus respectivos

índices de NSPT em função da profundidadejuntamente com as estacas

testes (A-5 e A-6) executadas com os respectivos diagramas

de cravação (golpes por metro), para uma energia constante aplicada

no topo da estaca. A Tabela 03 apresenta as principais características

da cravação das estacas testes.

Ø (cm) 33 50

QPROJ - Carga de Projeto (kN) 1 700 1800

PR - Carga de Ruptura (kN) 2 1400 3600

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Figura 07: Perfil de sondagem com as estacas cravadas e respectivos diagramas de cravação.

Para a estaca A-5 (Ø33) seria adotado o comprimento cravado de 24,0 m, verificando e

registrando o conjunto de nega-repique.

Caso não fosse atendido o critério de nega, deveria incrementar o comprimento de 2,0

em 2,0 metros até atingir a profundidade de projeto de 28,0 m.


Nessas paradas intermediárias seriam registrados os valores de

repique e nega, e executados um ensaio de carregamento dinâmico

(ECD) para avaliar as resistências mobilizadas (RMX).

Durante a travessia da camada de pedregulhos (na profundidade

de 15,0 m) que possui um NSPT superior a 45 golpes não ofereceu

resistência à cravação sendo atravessado com a média de 50 golpes

por metro para a energia padrão (EMX) do equipamento.

Tabela 03: Características da cravação das estacas testes – ÁREA A.

Estaca Nº. ø QPROJ Altura Energia Comprimento S K

de Queda Teórica 1 Cravado

(cm) (kN) (m) (kN.m) (m) (mm/10gp) (mm)

24,0 62 13

A-5 33 800 0,5 25 26,0 69 16

28,0 50 21

A-6 50 1800 1,0 50 32,2 18 17

Notas:

1– energia potencial aplicada no término da cravação durante o registro do conjunto nega-repique.

A Tabela 04 apresenta os resultados dos ensaios de carregamento

dinâmico (ECD), realizados no final da cravação e recravação,

juntamente com as curvas carga-recalque obtidas (Figura 08).

Tabela 04: Resultados dos ECD no final de cravação e recravação.

Dados Gerais Final de Cravação Recravação

N˚. Ø Compr. PRAV 1 PRDQ 1 RMX 2 RL RP Setup RMX RL RP PRRMX 3

Estaca (cm) Cravado (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (dias) (kN) (kN) (kN) (kN)

(m)

24,0 1018 1469 660 - - - - - - -

A-5 33 26,0 1083 1569 860 - - - - - - -

28,0 1234 1812 1400 776 624 19 2549 1321 1234 2520

A-6 50 32,2 2720 4180 3110 2030 1080 20 4050 2488 1562 4050

Notas:

1 – previsão da capacidade de carga obtida através dos métodos estáticos – Aoki-Velloso

(PRAV) e Décourt-Quaresma (PRDQ);

2 – RMX é a resistência máxima mobilizada no golpe pela análise CAPWAP e distribuida nas

parcelas de resistência lateral (RL) e de ponta (RP);

3 – carga extrapolada pela curva obtida do ECD na recravação - limitando a resistência do

elemento estrutural.

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Deslocamento mento (mm)












Resistência Mobilizada (kN)





Figura 08: Curvas carga vs recalque das estacas A-5 e A-6 para diversas idades.

Os comprimentos intermediários da estaca A-5 não atenderam ao critério de parada e obtiveram

resistências mobilizadas muito inferiores, variando de 660kN a 860 kN, para uma carga de projeto

de 700 kN. Já para a estaca A-6 no final da cravação mobilizou uma resistência de 3110 kN.

A estaca A-5 obteve um ganho de resistência de 82% em relação à resistência no final da cravação,

valor esse muito superior ao encontrado nas demais estacas testes. Esse ganho foi distribuído

entre o atrito lateral (RL), que obteve um incremento de 58,3%, enquanto a resistência de ponta

(RP) adicionou 111,6%.

Estaca A-6 - Ø50 - LCRAV. = 32,2 m





Deslocamento amento (mm)











Estaca A-5 - Ø33 - LCRAV. = 28,0 m

Resistência Mobilizada (kN)


Deslocamento mento (mm) (mm)

Diante da elevada cicatrização escolheu-se esta estaca para

a realização da prova de carga estática (PCE), a fim de comprovar

inicialmente uma carga de trabalho de 700 kN, adotando um fator

de segurança igual a 2,0. A partir desses resultados foi possível

comprovar e revisar a carga de trabalho dessa estaca para 800 kN.

A Figura 09 apresenta as curvas carga vs recalque obtida através

dos ECD para duas idades, plotando no mesmo gráfico o resultado

de campo da PCE. Nessa situação a deformação sob carregamento

foi de 19,04 mm, com deformação residual de 5,65mm.












Estaca A-5 - Ø33 - LCRAV. = 28,0 m

Resistência Mobilizada (kN)








Figura 09:

Curvas carga vs recalque realizados através de ECD e PCE em diferentes idades.

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Para a estaca A-6 o ganho devido ao setup no RMX foi de 30,2%, incrementando em

22,5% o atrito lateral (RL) e 44,6% a carga de ponta (RP) em relação ao final de cravação.

Ambas as curvas carga-recalque apresentaram um comportamento de uma reta,

caracterizando que a resistência do elemento de fundação (conjunto estaca-solo) será

comanda pela resistência do elemento estrutural.

Comparando os resultados com os métodos semi-empirícos, os valores da PR possuíram

uma boa convergência com o método Décourt-Quaresma, que teve uma melhor

avaliação da parcela de atrito lateral, enquanto que o método Aoki-Velloso subestimava

esses valores.

Com os resultados das análises CAPWAP (Tabela 05) obteve-se os parâmetros do quake do

solo (C3) e distribuição de atrito e ponta (f), permitindo avaliar as resistências mobilizadas.

Tabela 05: C3 e f obtidos pela análise CAPWAP e estimativa das resistências mobilizadas através

do repique elástico.

Dados Gerais Final de Cravação Recravação

N˚. Ø Compr. K C3 f RMX K C3 f RMX

Estaca (cm) Cravado (mm) (mm) (kN) (mm) (mm) (kN)

(m)

A-5 33 28,0 21 5,4 0,72 1305 24 1,93 0,76 1750

A-6 50 32,2 20 4,4 0,67 2473 26 1,65 0,69 3747


CAMPO DE TESTES – ÁREA B

Essa área apresenta uma melhor facilidade para a cravação das

estacas, devido à camada de silte argiloso ser mais mole do que

a mesma camada da Área A. A Figura 10 apresenta um perfil

de sondagem dessa área, os índices de resistência NSPT da sondagem e

os diagramas de cravação das estacas testes (B-7 e B-12). A Tabela 06

apresenta as características e os dados das cravações.

Figura 10: Perfil de sondagem com as estacas cravadas e respectivos diagramas de cravação.

Para as estacas dessa área adotou-se o procedimento de paralisação

em profundidades intermediárias registrando as negas e repiques

(comprimentos de 28,0, 30,0 e 32,0 m), fixando o comprimento final

em 32,0 m. A camada de pedregulhos não ofereceu qualquer

resistência à cravação.

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Tabela 06: Características da cravação das estacas testes – ÁREA B.

Estaca Nº. ø QPROJ Altura Energia comprimento S K

de Queda Teórica 1 Cravado

(cm) (kN) (m) (kN.m) (m) (mm/10gp) (mm)

28,0 110 19

B-7 50 1800 1,0 50 30,0 115 20

31,7 40 21

28,0 83 10

B-12 33 800 0,5 25 30,0 130 14

32,0 60 17

Notas:

1 - energia potencial do sistema de cravação.

Tabela 07: Resultados dos ECD no final de cravação e recravação e comparações com os métodos de previsão.

Dados Gerais Final de Cravação Recravação

N˚. Ø Compr. PRAV 1 PRDQ 1 RMX 2 RL RP Setup RMX RL RP PRRMX 3

Estaca (cm) Cravado (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (dias) (kN) (kN) (kN) (kN)

(m)

28,0 1504 2435 700 - - - - - - -

B-7 50 30,0 1437 2505 704 - - - - - - -

31,7 1520 2572 2560 901 1659 15 3578 2008 1570 40002

28,0 900 1472 620 - - - - - - -

B-12 33 30,0 891 1539 700 - - - - - - -

32,0 933 1611 1270 735 535 - - - - 1984

Notas:

1 – previsão da capacidade de carga obtida através dos métodos estáticos – Aoki-Velloso (PRAV) e Décourt-Quaresma (PRDQ);

2 – RMX é a resistência máxima mobilizada no golpe pela análise CAPWAP e distribuída nas parcelas de resistência lateral (RL)

e de ponta (RP);

3 – carga extrapolada pela curva obtida do ECD na recravação - limitando a resistência do elemento estrutural.


Ao término de cada cravação foi executado um ECD a fim de verificar

Deslocamento mento (mm)

Deslocamento mento (mm)

as resistências mobilizadas. A Tabela 07 apresenta os resultados dos ECD

no final da cravação e em recravações (apenas na estaca B-7).

Para essas duas estacas o comportamento da curva carga-recalque

(Figura 11) não foi uma reta, permitindo caracterizar através

da extrapolação da curva a carga de ruptura (PR). Para esses ensaios

a ruptura foi comanda pelo solo.




















Estaca B-7 - Ø50 - LCRAV. = 31,70 m

Resistência Mobilizada (kN)


Estaca B12 - Ø33 - LCRAV. = 32,00 m





Resistência Mobilizada (kN)


Figura 11: Curvas carga vs recalque das estacas B-7 e B-12 para diversas idades.

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Para a estaca B-7 houve um ganho de RMX de 39,7% em relação ao término da cravação,

cujo atrito lateral (RL) contribui com 122,8% e a ponta (RP) não obteve contribuição.

Isso está aliado ao fato de que não houve mobilização da carga da ponta da estaca, sendo

absorvido pelo atrito lateral – que não rompeu.

Em ambas as curvas do ECD foram possíveis caracterizar o início da ruptura do solo e, por

meio da extrapolação por Van der Veen foi possível determinar a carga de ruptura (PR).

Para a estaca B-7 (recravação) a carga de ruptura extrapolada é de 7810 kN, mas está

limitada pela resistência estrutural do elemento de 4050 kN. Para a estaca B-12 a carga

de ruptura foi de 1425 kN no final da cravação.

Com as análises CAPWAP dos ECD obteve-se os valores de C3 e f para as diferentes idades

(Tabela 08). Estimou-se através dos sinais de repique elástico a carga máxima mobilizada

(QMOB) pela equação de Chellis.

Tabela 08: C3 e f avaliados pelo método CAPWAP e estimativa das resistências mobilizadas

através do repique elástico.

Dados Gerais Final de Cravação Recravação

N˚. Ø Compr. K C3 f RMX K C3 f RMX

Estaca (cm) Cravado (mm) (mm) (kN) (mm) (mm) (kN)

(m)

B-7 50 31,70 28 11,4 0,82 2183 28 6,2 0,72 3259

B-12 33 32,00 25 9,2 0,71 1173 - - - -


A partir dos campos de testes pode-se comprovar o atendimento às

cargas de trabalho solicitadas pelo projeto de estruturas permitindo

assim trabalhar com as cargas próximas das cargas estruturais

dos elementos.

Com relação à cravabilidade das estacas, a camada de pedregulhos

durante a cravação não ofereceu resistência, permitindo atravessar

sem a necessidade de ponteira ou pré-furo.

Foi possível aferir o critério de paralisação da cravação das estacas

aferindo os parâmetros da previsão das negas e repiques ao longo

do projeto. A metodologia demonstrou para essa condição um bom

controle.

Resultados - Metodologia

de Controle SCAC

Com a necessidade de garantir as premissas de projeto, torna-se

necessário o controle tecnológico do produto e da execução.

Como metodologia de controle foi adotada o registro de nega

e repique para todas as estacas, ensaios de carregamento dinâmico

(ECD) e diagramas de cravação nas estacas próximas às sondagens.

Com a execução dos trabalhos foram sendo aferidos e avaliados

para cada cravação os registros de nega e repique, transmitindo

confiabilidade à execução quanto às cargas mobilizadas e otimização

dos comprimentos cravados.

Essa é uma característica da utilização de estacas pré-fabricadas,

pois permite que a qualquer momento da cravação sejam aferidos

os parâmetros de capacidade de carga (como comparativo com as

resistências avaliadas nas sondagens, as tensões atuantes, o sistema

de amortecimento e outros).

25


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Comprimentos Cravados

Com relação aos comprimentos cravados (Figura 12) e considerando todo o universo

de estacas cravadas na obra (n = 2095 estacas) obteve-se como média 27,66 m e des-

vio padrão de 3,94 m, resultando num coeficiente de variação de 14,2 %.

Valores próximos aos obtidos nos estudos através dos perfis de sondagens (Tabela 01),

com comprimento cravado médio de 28,6 m, desvio padrão de 2,87 e CV = 10,0 %.

A partir desses dados constata-se que a previsão inicial e o resultado final da cravação

foram compatíveis, validando a metodologia adotada no dimensionamento.






















Figura 12: Distribuição de frequências e curva de Gauss para os

comprimentos cravados.


Critério de Cravação

Para cada lote foi determinado um critério de paralisação das estacas,

tendo inicialmente o comprimento cravado em conformidade com a

estimativa de projeto, e nessa profundidade o atendimento a valores

mínimos de nega e repique.

Como referência em projeto para essa geologia, considerou-se como

parâmetro de projeto o valor de repique unitário de 0,63 mm/m.

A Figura 13 apresenta uma nuvem de pontos que avalia em função

da profundidade cravada das estacas, os valores de repique medidos

e comparados com o de projeto.

Os valores registrados demonstraram uma boa convergência com a

previsão, permitindo assim monitorar e uniformizar a parada das estacas.

Mais adiante serão apresentadas as comparações entre os valores

de repique correlacionando com as resistências mobilizada medida

pelos ECD.















Figura 13: Valores dos repiques medidos em campo no final

da cravação em função da profundidade.



27


28

Ensaios de Carregamento Dinâmico

Para o monitoramento das capacidades

de carga, em cada prédio foi realizado um

ECD para cada diâmetro, escolhendo

aleatoriamente a locação da estaca, o setup

e equipamento. No total foram realizados

68 ensaios contemplando 3,24% do total

de estacas cravadas.

A fim de avaliar as capacidades de carga em

serviço, foram adotadas apenas as estacas com

setup superior a 4 dias (Tabela 09), detalhando

os parâmetros de distribuição de carga (RL e

RP) e as energias líquidas (EMX) transferidas

pelo equipamento nos golpes analisados.

A eficiência do sistema de cravação se

demonstrou variando de 42,2% a 71,2% nos

ensaios. Em média obteve-se valores para

o quake do solo (C3) na faixa de 2,88 mm

a 7,48 mm e a relação entre carga de ponta

e atrito lateral (f) média igual a 0,64.


Tabela 09: Ensaios de Carregamento Dinâmico.função da profundidade.

N˚. N˚. Estaca Ø Compr. Altura Martelo Setup RMX RL RP DMX EMX EPOT e

Cravado Queda

(cm) (m) (m) (kN) (dias) (kN) (kN) (kN) (mm) (kN.m) (kN.m) (%)

1 P03GB1-A 38 30,40 1,2 50 4 1880 1717 163 19,0 21,2 60,0 35,3

2 P56GB1-A 38 30,90 1,0 50 8 2160 1590 570 25,9 34,3 50,0 68,6

3 P56GB1-B 38 32,20 1,2 50 11 2320 2030 290 25,0 37,4 50,0 74,8

4 P73GB1 42 26,80 1,6 42 7 1512 954 558 22,0 35,3 67,2 52,5

5 P01GB2 50 32,00 2,0 50 5 2580 1834 746 21,6 47,3 100,0 47,3

6 P02GB2-B 38 28,60 0,6 50 14 2006 1644 362 15,8 18,6 30,0 62,0

7 P17GB2-A 42 31,90 1,5 50 7 2600 2040 560 21,7 35,5 75,0 47,3

8 P50GB2-B 60 34,30 2,6 50 10 4290 2729 1561 19,5 58,4 130,0 44,9

9 P28FB3 50 31,70 1,8 50 16 3200 2429 771 22,5 53,0 90,0 58,9

10 P32FB3 60 31,90 2,2 50 15 3210 2433 777 14,8 43,1 110,0 39,2

11 P30NB3 60 27,70 1,6 70 4 2900 845 2055 21,7 74,5 112,0 66,5

12 P08MB5-A 50 31,30 1,4 70 17 4280 2170 2110 24,3 67,9 98,0 69,3

13 P04LB7 50 24,80 1,8 50 43 3450 1820 1630 21,7 51,1 126,0 40,6

14 P46LB7 70 26,30 1,6 70 13 3168 2409 759 19,7 68,8 112,0 61,4

15 P04LB8 50 22,80 1,2 70 6 3220 2183 1037 21,3 47,7 84,0 56,8

16 P09LB8 70 23,00 1,6 70 11 3256 2743 513 19,9 73,5 112,0 65,6

17 P22LB8-B 38 23,00 1,2 50 10 1900 1470 430 24,5 35,6 84,0 42,3

18 P26LB8 60 26,40 2,5 50 6 4370 2128 2243 21,9 68,0 175,0 38,9

19 P29JB9 70 30,10 1,5 70 4 3850 2864 986 20,0 58,8 105,0 56,0

20 P31JB9-B 38 31,10 0,6 70 4 1955 1829 126 19,8 20,5 42,0 48,8

21 P41JB9 50 32,90 1,2 50 4 3200 2719 481 21,4 42,9 84,0 51,1

22 P42JB9-A 42 29,20 1,2 50 5 2048 1829 219 21,5 31,7 63,0 50,3

23 P01JB10 50 30,20 1,5 70 4 2190 1817 373 24,7 55,3 84,0 65,8

24 P06JB10 60 26,30 2,0 70 7 4100 2101 1999 20,2 58,7 140,0 41,9

25 P07JB10-B 50 26,80 1,2 70 8 2750 1904 846 22,6 50,5 63,0 80,2

26 P69JB10 60 22,20 2,4 50 4 2800 1263 1537 20,3 58,8 168,0 35,0

27 P71JB10 38 22,70 1,5 50 7 1500 1009 491 23,4 28,4 105,0 27,0

28 P70OB1-B 38 40,00 1,5 50 20 2660 2279 381 25,4 44,8 105,0 42,7

29 P74OB1 50 30,00 1,6 50 21 2950 2556 394 20,2 47,2 112,0 42,1

30 P45OB2 50 29,10 1,5 50 8 3580 2725 855 19,9 52,0 105,0 49,5

31 P680B2-A 50 35,20 1,2 70 7 2800 2422 379 22,6 46,8 84,0 55,7

Em que:

RMX – resistência máxima mobilizada pelo golpe do martelo;

RL – parcela da resistência mobilizada devido ao atrito lateral da estaca;

RP – parcela da resistência mobilizada devido à carga de ponta da estaca;

DMX – deslocamento máximo;

EMX – energia máxima liquida transferida do sistema de cravação à estaca;

EPOT – energia potencial do sistema de cravação;

e – eficiência do sistema de cravação;

29


30

Avaliação das resistências

através do Repique Elástico

Durante a realização de cada ensaio

de carregamento dinâmico (ECD) foram

registrados os valores de nega e repique

em cada golpe, possibilitando assim

estimar a capacidade de carga (Tabela 10).

Através das análises CAPWAP foram obtidos

os valores dos parâmetros de C3 e f.


Tabela 10: Valores do registro de nega e repique obtidos durante a execução dos

ECD, com dados de f e C3 medidos através do programa CAPWAP.

N˚. N˚. Estaca Ø QPROJ S K RMX C3CAPWAP f RMCHELLIS PRVDV PRDQ FS

(cm) (kN) (mm) (mm) (kN) (kN) (kN) (kN) (kN)

1 P03GB1-A 38 925 23 21 1880 5,52 0,54 1886 2750 1518 2,97

2 P56GB1-A 38 950 13 24 2160 3,38 0,63 2125 2750 2738 2,89

3 P56GB1-B 38 950 7 23 2320 3,83 0,56 2130 2750 2738 2,89

4 P73GB1 42 1050 7 20 1512 7,81 0,68 2089 3400 802 3,24

5 P01GB2 50 1700 26 20 2580 7,08 0,64 2638 4540 3383 2,67

6 P02GB2-B 38 1000 3 21 2006 1,00 0,59 1549 2750 2117 2,75

7 P17GB2-A 42 1250 3 21 2600 2,47 0,61 2671 3400 1962 2,72

8 P50GB2-B 60 2150 6 25 4290 4,80 0,68 3334 6140 2466 2,86

9 P28FB3 50 1600 5 25 3200 6,02 0,62 2953 4540 5006 2,84

10 P32FB3 60 2050 6 24 3210 4,28 0,62 3821 6140 6660 3,00

11 P30NB3 60 2030 5 20 2900 8,92 0,85 2865 4555 3172 2,24

12 P08MB5-A 50 1525 5 23 4280 3,83 0,75 2658 4540 2194 2,98

13 P04LB7 50 1700 3 21 3450 5,84 0,74 1528 4540 1671 2,67

14 P46LB7 70 2200 8 22 3168 9,02 0,62 3682 3208 4621 1,46

15 P04LB8 50 1800 3 21 3220 4,62 0,66 4625 4540 1522 2,52

16 P09LB8 70 2100 2 17 3256 1,42 0,58 7494 7940 2441 3,78

17 P22LB8-B 38 975 3 20 1900 6,38 0,61 2086 2720 987 2,79

18 P26LB8 60 2050 5 19 4370 6,42 0,76 3272 6140 2260 3,00

19 P29JB9 70 2050 5 22 3850 7,06 0,63 4116 6401 2862 3,12

20 P31JB9-B 38 800 2 21 1955 1,01 0,53 2552 1955 2646 2,44

21 P41JB9 50 1700 4 23 3200 4,90 0,58 2909 4540 3843 2,67

22 P42JB9-A 42 1180 2 22 2048 6,12 0,55 2166 3400 2835 2,88

23 P01JB10 50 1750 4 22 2190 1,39 0,59 4181 2652 3915 1,52

24 P06JB10 60 2200 3 20 4100 3,15 0,74 4393 6140 3886 2,79

25 P07JB10-B 50 1525 5 21 2750 6,78 0,65 2970 3190 3029 2,09

26 P69JB10 60 2050 3 19 2800 8,69 0,77 3168 6140 1933 3,00

27 P71JB10 38 775 5 23 1500 7,76 0,66 1901 1670 1127 2,15

28 P70OB1-B 38 1000 3 22 2660 5,14 0,57 1484 2750 4145 2,75

29 P74OB1 50 1750 5 22 2950 6,52 0,57 2710 4540 2348 2,59

30 P45OB2 50 1650 3 23 3580 3,46 0,62 3327 4540 2151 2,75

31 P680B2-A 50 1750 5 27 2800 5,65 0,57 2456 3706 2728 2,12

Notas:

1 – em muitos casos a carga de ruptura foi limitada pela resistência do elemento estrutural;

31


32

Com os parâmetros do solo (C3 e f) e a

medida de repique no golpe estimou-se em cada

estaca a carga máxima mobilizada através do mé-

todo de Chellis (RMCHELLIS).

A Figura 14 apresenta alguns casos dos ensaios

contidos na Tabela 10, comparando a curva obtida

com a análise CAPWAP e a estimativa de resistên-

cia mobilizada avaliada para cada golpe.

Deslocamento ento (mm)

Deslocamento mento (mm)






P17-A - Ø42 - LCRAV. = 31,90 m

Resistência Mobilizada (kN)













P50-B - Ø60 - LCRAV. = 34,30 m

Resistência Mobilizada (kN)

C3= 2,5 mm

f = 0,61






C3 = 4,8 mm

f = 0,68

Deslocamento mento (mm)

Deslocamento mento (mm) (mm)

Deslocamento nto (mm)






















P03-A - Ø38 - LCRAV. = 30,40 m

Resistência Mobilizada (kN)












P45 - Ø50 - LCRAV. = 29,10 m

Resistência Mobilizada (kN)

C3 =5,5 mm

f =0,54






P29- Ø70 - LCRAV. = 30,10 m

Resistência Mobilizada (kN)

C3 =3,5 mm

f = 0,62






C3 =7,1 mm

f =0,63

Figura 14: Exemplos das curvas carga mobilizada vs. deslocamento comparando os dados dos ECD e repique elástico.


Nos ECD a carga máxima mobilizada (RMX) não permitiu caracterizar

a carga de ruptura (PR), mas em 90% dos casos a ruptura foi

comandada pelo elemento estrutural.

A Figura 15 apresenta uma comparação entre os pontos de RMX

versus RMCHELLIS, para o universo de 31 estacas, para os golpes de

maior energia.






















Figura 15: Comparação entre as resistências medidas pelo CAPWAP (RMX)

versus a avaliada pelo método de Chellis (RMCHELLIS).

A fim de avaliar e comparar os resultados com análises

semi-empíricas pelas sondagens para cada estaca (nesse caso

o método Décourt-Quaresma), os resultados dos ECD foram

extrapolados através do método de Van der Veen.

A Figura 16 apresenta uma comparação entre as cargas de ruptura

extrapoladas (PRVDV) versus as avaliadas com o uso da sondagem

mais próxima (PRDQ).



















Figura 16: Comparação entre cargas de ruptura avaliadas pelo método

Décourt-Quaresma e extrapoladas através dos ECD.

33


34

Avaliação das Resistências Mobilizadas do Estaqueamento

Durante a avaliação da carga de ruptura nas estacas em que se realizou o ECD, foi possível caracterizar

para as cargas máximas mobilizadas (RMX) a distância até a respectiva carga de ruptura (PRVDV), tendo

como valor médio o incremento de 45,5%. Com a obtenção desses parâmetros e conhecidos os valores

de repique no final de cravação, estimou-se as capacidades de carga mobilizadas para cada caso.

Com as análises executadas é possível estimar a resistência máxima mobilizada para todas as estacas

cravadas na obra, aferindo em cada caso as respectivas cargas de ruptura extrapoladas e coeficientes

de segurança. A Tabela 11 apresenta um resumo geral das cargas obtidas para cada diâmetro aferindo

os coeficientes de segurança (FS).

Tabela 11: Aferição das cargas de ruptura e coeficientes de segurança em função

Diâmetro Quant. PRVDV Coef. Variação QPROJ Coef. Variação Fator de

de Estacas (kN) (%) (kN) (%) Segurança

Ø26 35 1126 16,3 364 40,6 3,09

Ø33 89 1636 17,9 601 31,4 2,72

Ø38 819 2324 11,8 903 19,6 2,57

Ø42 247 2739 9,3 1073 22,7 2,55

Ø50 622 3907 10,9 1521 19,1 2,58

Ø60 270 5066 10,3 1998 23,3 2,54

Ø70 14 5536 6,6 2150 5,7 2,57

Para cada diâmetro obteve-se a curva de distribuição de frequências e de Gauss (Figura 17).


Frequência (%)

60

50

40

30

20

10

Frequência (%)

60

50

40

30

20

10

Ø33 - n = 89 estacas

0

0 500 1000 1500 2000 2500

Solicitação de Projeto

Média = 637 kN

Desvio Padrão = 140 kN

CV = 22,1%

Resistência

Média = 1636 kN

Desvio Padrão = 292 kN

CV = 17,9%

0

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Solicitação de Projeto

Média = 1125 kN

Desvio Padrão = 67 kN

CV = 6,0%

Ø42 - n = 247 estacas

Resistência

Média = 2739 kN

Desvio Padrão = 255 kN

CV = 9,3%

Frequência (%)

60

50

40

30

20

10

0

Frequência (%)

60

50

40

30

20

10

Ø38 - n = 819 estacas

0

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Solicitação de Projeto

Média = 903 kN

Desvio Padrão = 178 kN

CV = 19,7%

1000 2000 3000 4000 5000

Solicitação de Projeto

Média = 1521 kN

Desvio Padrão = 290 kN

CV = 19,1%

Ø50 - n = 662 estacas

Resistência

Média = 3907 kN

Desvio Padrão = 425 kN

CV = 10,9%

Resistência

Média = 2324 kN

Desvio Padrão = 274 kN

CV = 11,8%

Figura 17: Curvas de distribuição de frequência e Gauss para os diversos diâmetros.

Considerações Finais

A solução utilizada em estacas pré-fabricadas do tipo SCAC permitiu

contribuir no projeto com um produto de elevada resistência mecânica

caracterizado por um processo industrializado e controlado, atingindo

assim as profundidades necessárias com a travessia de camada

intermediária resistente.

O projeto integrado contribuiu em maximizar as cargas de trabalho

das estacas, monitorando ao final de cravação as resistências mobilizadas,

possibilitando trabalhar com as cargas das estacas próximo dos limites

de resistência estrutural e aferir em todos os diâmetros fatores

de segurança superiores a 2,0.

O controle da capacidade de carga com a utilização dos registros de nega

e repique possibilitou determinar um coeficiente de variabilidade médio

de 11,8% em todos os diâmetros executados, demonstrando um elevado

nível de controle e transmitindo confiabilidade às fundações executadas.

Frequência (%)

60

50

40

30

20

10

Ø60 - n = 270 estacas

0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Solicitação de Projeto

Média = 1998 kN

Desvio Padrão = 464 kN

CV = 23,2%

Resistência

Média = 5066 kN

Desvio Padrão = 520 kN

CV = 10,3%

35


São Paulo

Av. Engenheiro Billings, 2.300

Jaguaré - São Paulo - SP

CEP: 05321-010

Tel.: 3769-4900

Rio de Janeiro

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