( PDF ) Estudo da capacidade de carga de estacas escavadas com bulbos, executadas em solo não saturado da formação de barreiras da cidade de Maceió

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO - UFPE

CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS - CTG

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL - DEC

MESTRADO EM GEOTECNIA

ESTUDO DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS ESCAVADAS

COM BULBOS, EXECUTADAS EM SOLO NÃO SATURADO DA

FORMAÇÃO BARREIRAS DA CIDADE DE MACEIÓ – AL.

Ricardo Figueiredo Marques

Orientador:

Prof. Roberto Quental Coutinho, DSc.

Co-orientador:

Prof. Alexandre Duarte Gusmão, DSc.

RECIFE, PE – BRASIL

MAIO – 2006

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO - UFPE

CENTRO DE TECNOLOGIA E GEOCIÊNCIAS - CTG

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL - DEC

MESTRADO EM GEOTECNIA

ESTUDO DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS ESCAVADAS COM

BULBOS, EXECUTADAS EM SOLO NÃO SATURADO DA FORMAÇÃO

BARREIRAS DA CIDADE DE MACEIÓ – AL.

Ricardo Figueiredo Marques

Dissertação submetida ao Departamento de

Engenharia Civil da Universidade Federal de

Pernambuco como parte dos requisitos

necessários para a obtenção do Título de Mestre

em Engenharia.

Orientador:

Prof. Roberto Quental Coutinho, DSc.

Co-orientador:

Prof. Alexandre Duarte Gusmão, DSc.

RECIFE, PE – BRASIL

MAIO – 2006

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ESTUDO DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS ESCAVADAS COM

BULBOS, EXECUTADAS EM SOLO NÃO SATURADO DA FORMAÇÃO

BARREIRAS DA CIDADE DE MACEIÓ – AL.

Ricardo Figueiredo Marques

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL DA

UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO COMO PARTE DOS REQUISITOS

NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE MESTRE EM ENGENHARIA.

APROVADA POR:

RECIFE/PE, 24 DE MAIO DE 2006.

M357e Marques, Ricardo Figueiredo

Estudo da capacidade de carga de estacas escavadas com

bulbos, executadas em solo não saturado da Formação

Barreiras da cidade de Maceió – AL / Ricardo Figueiredo

Marques. - Recife: O Autor, 2006.

xix,158 f., il., figs., tabs.

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de

Pernambuco. Centro de Tecnologia e Geociências.

Departamento de Engenharia Civil, 2006.

Inclui referências bibliográficas e apêndice.

1. Engenharia Civil. 2. Estacas Escavadas. 3. Capacidade

de carga – solos não saturados. I. Título.

624 CDD (22. ed.) BCTG/2006-62

AGRADECIMENTOS

Ao Prof. Dr. Roberto Quental Coutinho, pela orientação, incentivo e confiança recebidos,

e, sobretudo, pela grande amizade.

À minha querida mãe, Mercedes, e à minha irmã, Juliane, pelo amor e carinho que me

dedicaram durante toda a minha vida. Especialmente a meu pai, Abel, por todos seus

ensinamentos, sabedoria e pelo exemplo de pessoa e profissional.

À minha esposa Juliana, pelo amor, confiança e incentivo dados durante o

desenvolvimento desta pesquisa.

Ao Prof. Dr. Alexandre Duarte Gusmão, pela amizade e pelas valiosas contribuições dadas

para elaboração deste trabalho.

À CAPES pelo suporte financeiro através da bolsa de estudo e pelo projeto

PRONEX/CNPq/FACEPE, imprescindíveis para o desenvolvimento desta pesquisa.

À AGM Geotécnica Ltda. e aos seus funcionários, pelo apoio técnico e financeiro em

todas as etapas desse trabalho.

Aos amigos Rafael G. Santana, Eduarda Q. Motta e Fábio L. Soares, pela amizade,

companheirismo e incentivo ao longo destes anos.

Aos funcionários do Laboratório de Solos e Instrumentação da UFPE, pelo apoio durante a

realização dos ensaios de laboratório. Especialmente, aos técnicos Severino e Francisco.

Aos funcionários do Núcleo de Pesquisas Tecnológicas (NPT) da UFAL, por permitirem a

utilização do laboratório de solos durante os trabalhos de campo desenvolvidos no local.

À professora Lúcia Valença do Departamento de Geologia da UFPE, pela realização dos

ensaios de mineralogia.

À construtora NORCON, que gentilmente permitiu a realização dos trabalhos de extração

da estaca no canteiro de obras.

iii

ÍNDICE

AGRADECIMENTOS……………………………………………………........................ii

ÍNDICE…………………………………............................................................................iii

LISTA DE FIGURAS………………………….................................................................vi

LISTA DE TABELAS.......................................................................................................xii

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS.......................................................................xv

LISTA DE SÍMBOLOS....................................................................................................xvi

RESUMO.........................................................................................................................xviii

ABSTRACT.......................................................................................................................xix

1. INTRODUÇÃO .......................................................................................................1

1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS...........................................................................1

1.2. OBJETIVOS DA PESQUISA.............................................................................2

1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO...................................................................4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA................................................................................6

2.1. ESTACAS ESCAVADAS DE PEQUENO DIÂMETRO COM

BULBOS..............................................................................................................6

2.2. ESTACAS COM MÚLTIPLAS BASES ............................................................9

2.3. ANÁLISE DA CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES EM SOLOS

NÃO SATURADOS .........................................................................................16

2.3.1. Introdução....................................................................................................16

2.3.2. Avaliação dos Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento e da Sucção

Mátrica de Projeto..............................................................................................16

2.3.3. Influência da Sucção na Capacidade de Carga de uma Fundação .............19

2.3.4. Fundações Profundas em Solos Não Saturados...........................................22

2.4. METODOLOGIA DE CÁLCULO PROPOSTA POR MARQUES (2004)

PARA PREVISÃO DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS

ESCAVADAS COM BULBOS.........................................................................23

2.5. ENSAIOS DE PROVA DE CARGA ESTÁTICA............................................28

2.5.1. Introdução....................................................................................................28

2.5.2. Procedimentos de Ensaio.............................................................................29

2.5.3. Determinação da Carga de Ruptura de Estacas através das Curvas Carga-

Recalque ............................................................................................................31

3. CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA DA ÁREA

ESTUDADA ...........................................................................................................42

3.1. ASPECTOS CLIMATOLÓGICOS DA CIDADE DE MACEIÓ ....................42

3.2. DESCRIÇÃO DA GEOLOGIA DA REGIÃO.................................................44

3.2.1. Geologia do Estado de Alagoas...................................................................44

3.2.2. Geomorfologia da Cidade de Maceió……………………..........................45

3.2.3. Aspectos Geológicos da Formação Barreiras..............................................46

3.3. LOCAIS ESTUDADOS....................................................................................48

3.4. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO PERFIL ESTUDADO NO

CAMPUS DA UFAL.........................................................................................49

3.4.1. Investigação de Campo................................................................................49

3.4.1.1. Sondagens a Percussão com SPT ………........................................49

3.4.1.2. Sondagens a Trado ..........................................................................52

3.4.1.3. Coleta de Amostras Deformadas e Indeformadas…........................53

3.4.2. Ensaios de Laboratório.................................................................................56

3.4.2.1. Ensaios de Caracterização Física…….............................................56

3.4.2.2. Ensaios de Sucção através da Técnica do Papel Filtro....................62

3.4.2.3. Ensaios de Cisalhamento Direto………..........................................64

3.4.2.4. Ensaios Edométricos Duplos………...............................................74

3.4.2.5. Ensaios de Caracterização Mineralógica.........................................79

4. PROVAS DE CARGA EM ESTACAS ESCAVADAS COM

BULBOS.................................................................................................................82

4.1. INTRODUÇÃO................................................................................................82

4.2. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO PERFIL DO SUBSOLO DAS

ESTACAS ESTUDADAS................................................................................84

4.3. METODOLOGIA EXECUTIVA DAS ESTACAS ESCAVADAS COM

BULBOS NOS SOLOS DA FORMAÇÃO BARREIRAS..............................90

4.4. PROVAS DE CARGA.......................................................................................92

4.4.1. Detalhes do Projeto Original das Estacas-base do Estudo ..........................92

4.4.2. Descrição dos Ensaios de Prova de Carga...................................................97

4.5. ESTACA EXTRAÍDA......................................................................................98

5. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS...................................101

5.1. INTRODUÇÃO...............................................................................................101

5.2. GEOMETRIA DA ESTACA EXTRAÍDA.....................................................102

5.3. ANÁLISES DAS PROVAS DE CARGA.......................................................108

5.3.1. Resultados das Provas de Carga................................................................108

5.3.2. Cargas de Ruptura Qu, Obtidas das Curvas Carga-Recalque....................110

5.3.3. Estimativa da Parcela de Resistência Lateral das Estacas Estudadas a Partir

das Curvas Carga-Recalque.............................................................................116

5.4. PREVISÕES DA CARGA DE RUPTURA DAS ESTACAS ESTUDADAS

ATRAVÉS DA MCP/04.................................................................................121

5.5. PROPOSTA DE AJUSTE DA MCP/04 PARA SOLOS DA FORMAÇÃO

BARREIRAS...................................................................................................125

5.5.1. Previsão da Carga de Ruptura das Estacas a Partir da MCP/04 Ajustada

para Solos da Formação Barreiras...................................................................128

5.5.2. Comparação entre as Cargas de Ruptura Previstas pela MCP/04 Ajustada e

os Resultados Obtidos das Provas de Carga...................................................130

6. CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS ...............133

6.1. CONCLUSÕES...............................................................................................133

6.2. SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS..............................................136

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................................137

APÊNDICE A – LEITURAS DAS PROVAS DE CARGA..........................................145

LISTA DE FIGURAS

CAPÍTULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Figura 2.1 – Etapas de execução das estacas escavadas de pequeno diâmetro,

com bulbos, executadas em sedimentos submersos do Quaternário

(Adaptado de MARQUES, 2004) 7

Figura 2.2 – Detalhe das peças cortantes chamadas de “carambolas”. 8

Figura 2.3 – Bico injetor inclinado utilizado para executar os bulbos nos

sedimentos submersos do Quaternário. 8

Figura 2.4 – Estaca “under-reamed” com três bulbos (GUPTA & JAIN, 1968). 9

Figura 2.5. – Curvas carga x recalque das estacas executadas em argilas

(MOHAN et al.,1967).

Figura 2.6 – Detalhes das estacas escavadas (GUPTA & JAIN, 1968). 11

Figura 2.7 – Curvas carga x recalque (GUPTA & JAIN, 1968). 12

Figura 2.8 – Carga total, carga de ponta e atrito lateral “versus” recalque para

uma estaca com base alargada em ensaios C.R.P. e M.L

(WHITAKER & COOKE, 1965). 13

Figura 2.9 – Mecanismo de ruptura proposto por SONPAL & THAKKAR

(1977). 15

Figura 2.10 – Envoltória de resistência de Mohr-Coulomb para solos não

saturados (FREDLUND & RAHARDJO, 1993). 18

Figura 2.11 – Variação da capacidade de carga de uma fundação corrida para

diferentes valores de sucção matricial (FREDLUND &

RAHARDJO, 1993). 19

Figura 2.12 – Curvas tensão x recalque de provas de carga do tipo QML,

realizadas sobre placa em solo não saturado com diferentes níveis

de sucções (COSTA, 1999). 20

Figura 2.13 – Variação da tensão de ruptura com a sucção matricial, a partir de

ensaios QML e SML em placa (COSTA, 1999). 21

Figura 2.14 – Modelo de cálculo das estacas escavadas com bulbos. 24

Figura 2.15 – Área da coroa circular utilizada no cálculo da resistência de apoio

dos bulbos. 26

vii

Figura 2.16 – Considerações sobre as parcelas de resistência dos bulbos. 26

Figura 2.17 – Determinação da carga de ruptura (P

), na curva carga x

recalque, em função do recalque (

∆

) calculado (NBR-6122/96). 33

Figura 2.18 – Curva carga-recalque com extrapolação proposta por VAN DER

VEEN (apud ALONSO, 1991). 34

Figura 2.19 – Solução gráfica da equação de VAN DER VEEN (apud

ALONSO, 1991). 35

Figura 2.20 – Curva teórica de carga-recalque no topo para estacas com bulbo,

rígidas (MARQUES, 2004). 38

Figura 2.21 – Leis ou Relações de Cambefort modificadas para o MDRM

(MARQUES, 2004). 38

CAPÍTULO 3 – CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA DA ÁREA

ESTUDADA

Figura 3.1 – Histograma de pluviometria mensal de Maceió (Fonte: INMET –

Instituto Nacional de Meteorologia) 42

Figura 3.2 – Balanço hídrico da cidade de Maceió segundo método de

Thornthwaite-Mather (1955) (FERREIRA NETO

et al., 2004). 43

Figura 3.3 – Mapa geológico-geomorfológico da região (SANTOS, 1998). 46

Figura 3.4 – Mapa da cidade de Maceió com indicação dos locais de estudo. 48

Figura 3.5 – Localização dos trabalhos de campo realizados na UFAL. 50

Figura 3.6 – Perfil geotécnico e valores médios do SPT medidos em diferentes

épocas do ano. 51

Figura 3.7 – Perfis de umidade de solo. 52

Figura 3.8 – Pontos de extração dos blocos “indeformados”. 54

Figura 3.9 – Seqüência de coleta dos blocos: a) Moldagem do bloco com

utilização de ferramentas afiadas; b) Aplicação da proteção com

papel alumínio, fita adesiva, tecido morim e parafina; c) Colocação

da caixa de madeira; d) Retirada do bloco do fundo da escavação. 55

Figura 3.10 – Vista geral da estrutura montada para execução do poço de

investigação (PI). 55

Figura 3.11 – “Sarrilho” utilizado para retirada do material do fundo da

escavação. 56

viii

Figura 3.12 – Curvas granulométricas com uso de defloculante. 57

Figura 3.13 – Curvas granulométricas sem uso de defloculante. 57

Figura 3.14 – Carta de Plasticidade do perfil estudado. 58

Figura 3.15 – Índice de atividade de Skempton. 58

Figura 3.16 – Resumo da caracterização física do perfil de solo estudado. 61

Figura 3.17 – Curvas características do solo. 63

Figura 3.18 – Resultados dos ensaios de cisalhamento direto com amostras da

profundidade de 1,10m. 65

Figura 3.19 – Resultados dos ensaios de cisalhamento direto com amostras da

profundidade de 3,10m. 66

Figura 3.20 – Resultados dos ensaios de cisalhamento direto com amostras da

profundidade de 5,10m. 67

Figura 3.21 – Resultados dos ensaios de cisalhamento direto com amostras da

profundidade de 7,20m. 68

Figura 3.22 – Resultados dos ensaios de cisalhamento direto com amostras da

profundidade de 8,40m. 69

Figura 3.23 – Envoltórias de resistência da amostra de 1,10m. 71

Figura 3.24 – Envoltórias de resistência da amostra de 3,10m. 72

Figura 3.25 – Envoltórias de resistência da amostra de 5,10m. 72

Figura 3.26 – Envoltórias de resistência da amostra de 7,20m. 73

Figura 3.27 – Envoltórias de resistência da amostra de 8,40m. 73

Figura 3.28 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos com amostras da

profundidade de 1,10m. 74

Figura 3.29 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos com amostras da

profundidade de 3,10m. 74

Figura 3.30 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos com amostras da

profundidade de 5,10m. 75

Figura 3.31 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos com amostras da

profundidade de 7,20m. 75

Figura 3.32 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos com amostras da

profundidade de 8,40m. 76

Figura 3.33 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos da amostra de

9,20m. 76

Figura 3.34 – Curvas tensão (esc. log)

versus índices de vazios dos ensaios

edométricos com amostra na umidade natural. 77

Figura 3.35 – Curvas tensão (esc. log)

versus índices de vazios dos ensaios

edométricos com amostra previamente inundada. 77

CAPÍTULO 4 – PROVAS DE CARGA EM ESTACAS ESCAVADAS COM

BULBOS

Figura 4.1 – Locação dos trabalhos de campo realizados na obra das provas de

carga. 83

Figura 4.2 – Canteiro de obras onde foram executadas as estacas-base do

estudo. 84

Figura 4.3 – Trado helicoidal para coletar amostras deformadas. 85

Figura 4.4 – Coleta de amostras de solo através de trado helicoidal. 85

Figura 4.5 – Perfis de umidade do solo: (a) umidade natural, limites de liquidez

e plasticidade da do local estudado; (b) perfil de umidade do local

das provas de carga comparado com os perfis obtidos no campus

da UFAL. 86

Figura 4.6 – Curvas granulométricas com uso de defloculante. 87

Figura 4.7 – Curvas granulométricas sem uso de defloculante. 88

Figura 4.8 – Detalhe da sapata-cortante com ponteiro. 90

Figura 4.9 – Perfil de sondagem mais próximo do ensaio e geometria de

projeto do fuste da estaca E1. 93

Figura 4.10 – Perfil de sondagem mais próximo do ensaio e geometria de

projeto do fuste da estaca E2. 94

Figura 4.11 – Perfil de sondagem mais próximo do ensaio e geometria de

projeto do fuste da estaca E3. 95

Figura 4.12 – Perfil de sondagem mais próximo do ensaio e geometria de

projeto do fuste da estaca E4. 96

Figura 4.13 – Esquema geral das provas de carga estática. 97

Figura 4.14 – Vista de uma das provas de carga realizadas. 98

Figura 4.15 – Escavação envolta da estaca extraída. 99

Figura 4.16 – Retirada da estaca do fundo da escavação. 99

Figura 4.17 – Estaca recém-extraída. 100

Figura 4.18 – Estaca pronta para ser transportada para local apropriado para

análises. 100

CAPÍTULO 5 – APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

Figura 5.1 – Geometria de projeto e a geometria real da estaca extraída. 103

Figura 5.2 – Detalhes da geometria da estaca extraída. 104

Figura 5.3 – Vista geral da estaca extraída. 105

Figura 5.4 – Bulbo executado na camada de argila siltosa, de consistência mole

a média (N

SPT

entre 5 e 10 golpes), na profundidade de 2,0 a

2,8m. 105

Figura 5.5 – Bulbo executado na camada de argila arenosa com concreções

ferruginosas, de consistência média a rija (N

SPT

entre 11 e 19

golpes), na profundidade de 4,0 a 5,0m.

106

Figura 5.6 – Detalhe do afunilamento na ponta da estaca. 106

Figura 5.7 – Estacas escavadas com bulbos executadas nos sedimentos

submersos do Quaternário: (a) extração de uma estaca com 02

bulbos; (b) detalhe do bulbo inferior (MARQUES, 2004). 107

Figura 5.8 – Curva carga-recalque da estaca E1 (D

= 30cm; L

= 8,10m). 108

Figura 5.9 – Curva carga-recalque da estaca E2 (D

= 30cm; L

= 10,0m). 108

Figura 5.10 – Curva carga-recalque da estaca E3 (D

= 40cm; L

= 8,10m). 109

Figura 5.11 – Curva carga-recalque da estaca E4 (D

= 40cm; L

= 10,0m). 109

Figura 5.12 – Estimativa da carga de ruptura da estaca E1 pelos métodos de

VAN DER VEEN e da NBR 6122. 111

Figura 5.13 – Estimativa da carga de ruptura da estaca E2 pelos métodos de

VAN DER VEEN e da NBR 6122. 112

Figura 5.14 – Estimativa da carga de ruptura da estaca E3 pelos métodos de

VAN DER VEEN e da NBR 6122. 112

Figura 5.15 – Estimativa da carga de ruptura da estaca E4 pelos métodos de

VAN DER VEEN e da NBR 6122. 113

Figura 5.16 – Gráfico de rigidez ( DÉCOURT,1996), aplicado à estaca E1. 113

Figura 5.17 – Gráfico de rigidez (DÉCOURT, 1996), aplicado à estaca E2. 114

Figura 5.18 – Gráfico de rigidez (DÉCOURT, 1996), aplicado à estaca E3. 114

Figura 5.19 – Gráfico de rigidez (DÉCOURT, 1996), aplicado à estaca E4. 115

Figura 5.20 – Aplicação do MDRM à curva carga-recalque da estaca E1. 116

Figura 5.21 – Aplicação do MDRM à curva carga-recalque da estaca E2. 117

Figura 5.22 – Aplicação do MDRM à curva carga-recalque da estaca E3. 117

Figura 5.23 – Aplicação do MDRM à curva carga-recalque da estaca E4. 118

Figura 5.24 – Cargas Cargas de ruptura obtidas por VAN DER VEEN versus

previstas pela MCP/04 utilizando os bulbos de projeto. 122

Figura 5.25 – Cargas Cargas de ruptura obtidas por VAN DER VEEN versus

previstas pela MCP/04 utilizando os bulbos reais. 123

Figura 5.26 – Gráfico da relação Db/Df em função do N

SPT

. 127

Figura 5.27 – Cargas de ruptura obtidas por VAN DER VEEN versus previstas

pela MCP/04 ajustada. 130

Figura 5.28 – Comparação entre os resultados obtidos pelos métodos e os

previstos pela MCP ajustada. 131

xii

LISTA DE TABELAS

CAPÍTULO 2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Tabela 2.1 – Valores do fator característico dos solos (C) (MARQUES, 2004) 28

CAPÍTULO 3 – CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICA-GEOTÉCNICA DA ÁREA

ESTUDADA

Tabela 3.1 – Resumo dos resultados dos ensaios de caracterização realizados

com defloculante. 59

Tabela 3.2 – Resumo dos resultados dos ensaios de caracterização realizados

sem defloculante. 60

Tabela 3.3 – Condições iniciais e finais dos corpos de prova dos ensaios CDN e

CDI. 70

Tabela 3.4 – Resumo dos ensaios edométricos duplos. 78

Tabela 3.5 – Resumo dos resultados da análise de Difratometria de Raio-X. 80

Tabela 3.6 – Resumo dos resultados das análises morfoscópicas dos grãos. 81

CAPÍTULO 4 – PROVAS DE CARGA EM ESTACAS ESCAVADAS COM

BULBOS

Tabela 4.1 – Resumo dos resultados dos ensaios de caracterização realizados

com defloculante. 89

Tabela 4.2 – Resumo dos resultados dos ensaios de caracterização realizados

sem defloculante. 89

Tabela 4.3 – Principais diferenças entre o processo de execução das estacas no

Quaternário e no Terciário. 91

Tabela 4.4 – Características geométricas das estacas. 92

CAPÍTULO 5 – APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

Tabela 5.1 – Cargas máximas atingidas nos ensaios e recalques totais medidos

no topo das estacas. 110

Tabela 5.2 – Estimativas da carga de ruptura Qu, em kN, obtidas por diferentes

métodos a partir das provas de carga. 115

xiii

Tabela 5.3 – Estimativa da resistência lateral das estacas estudadas segundo o

Método da Rigidez proposto por DÉCOURT (1996). 119

Tabela 5.4 – Valores calculados de d

, d

e d

das estacas estudadas, segundo o

MDRM. 120

Tabela 5.5 – Características geométricas das estacas estudadas e parâmetros

obtidos pelo MDRM. 120

Tabela 5.6 – Previsão da capacidade de carga das estacas a partir da MCP/04,

utilizando os diâmetros de projeto dos bulbos. 121

Tabela 5.7 – Previsão da capacidade de carga das estacas a partir da MCP/04,

utilizando os diâmetros reais dos bulbos. 123

Tabela 5.8 – Valores das parcelas da resistência lateral calculados e previstos. 124

Tabela 5.9 – Valores propostos do fator característico dos solos (C). 126

Tabela 5.10 – Proposta para estimativa do diâmetro dos bulbos em função do

SPT. 127

Tabela 5.11 – Elementos geométricos das estacas considerados no cálculo da

capacidade de carga. 129

Tabela 5.12 – Previsão da capacidade de carga das estacas-base do estudo,

aplicando a MCP/04 ajustada. 129

Tabela 5.13 – Relação entre as cargas de ruptura obtidas pelos métodos

estudados e por VAN DER VEEN. 131

APÊNDICE A – LEITURAS DAS PROVAS DE CARGA

Tabela A.1 – Leituras da prova de carga da estaca E1 – Etapa de carregamento. 145

Tabela A.2 – Leituras prova de carga da estaca E1 – Etapa de descarregamento. 147

Tabela A.3 –Leituras das estacas de reação da prova de carga da estaca E1 –

Etapas de carregamento e descarregamento. 148

Tabela A.4 – Leituras da prova de carga da estaca E2 – Etapa de carregamento. 149

Tabela A.5 – Leituras prova de carga da estaca E2 – Etapa de descarregamento. 151

Tabela A.6 –Leituras das estacas de reação da prova de carga da estaca E2 –

Etapas de carregamento e descarregamento. 152

Tabela A.7 – Leituras da prova de carga da estaca E3 – Etapa de carregamento. 153

Tabela A.8 – Leituras prova de carga da estaca E3 – Etapa de descarregamento. 154

xiv

Tabela A.9 –Leituras das estacas de reação da prova de carga da estaca E3 –

Etapas de carregamento e descarregamento. 155

Tabela A.10 – Leituras da prova de carga da estaca E4 – Etapa de

carregamento. 156

Tabela A.11 – Leituras prova de carga da estaca E4 – Etapa de

descarregamento. 157

Tabela A.12 –Leituras das estacas de reação da prova de carga da estaca E4 –

Etapas de carregamento e descarregamento. 158

LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas.

CDI Ensaio de cisalhamento direto inundado.

CDN Ensaio de cisalhamento direto na umidade natural.

CLT “Cyclic Load Test” – Ensaio do tipo cíclico.

CRP “Constant Rate of Penetration” – Ensaio de penetração constante.

DRX Ensaio de difratometria de raio-x.

EDI Ensaio edométrico inundado.

EDN Ensaio edométrico na umidade natural.

IHU(ER) Índice de umidade obtido através do balanço hídrico do solo.

INMET Instituto Nacional de Meteorologia.

MCP/04 Metodologia de Cálculo Proposta por MARQUES (2004).

MDRM Método das Duas Retas Modificado proposto por MARQUES (2004).

OCR “Over Consolidation Rate” – Razão de pré-adensamento.

QML “Quick Maintained Load Test” - Ensaio de prova de carga do tipo rápido.

RIG Método da Rigidez proposto por DÉCOURT (1996).

SML “Slow Maintained Load” – Ensaio de prova de carga do tipo lento.

SP Sondagem a percussão.

SPT “Standart Penetration Test” – Índice de resistência à penetração.

SUCS Sistema Unificado de Classificação dos Solos

UFAL Universidade Federal de Alagoas.

UFPE Universidade Federal de Pernambuco

UNICAMP Universidade Estadual de Campinas.

VDV Método de VAN DER VEEN (1953).

xvi

LISTA DE SÍMBOLOS

Al área lateral da estaca

Ap área da ponta da estaca

Ac área da coroa circular

Alr atrito lateral na ruptura

parâmetro da 2ª Lei de Cambefort, para o bulbo

parâmetro da 2ª Lei de Cambefort, para a ponta

B parâmetro característico do tipo de solo para a 1

Lei de Cambefort

C fator característico do solo

coeficiente angular da reta do trecho (0-3) da curva Po - yo

termo constante da reta do trecho (4-5) da curva Po - yo

coeficiente angular da reta do trecho (4-5) da curva Po - yo

diâmetro do bulbo

diâmetro nominal do fuste da estaca

E módulo de elasticidade da estaca

fs atrito lateral unitário

res

atrito residual

altura de fuste da estaca

altura total da estaca

Coeficiente de rigidez relativa solo do fuste da estaca (MASSAD, 1991)

Kr rigidez estrutural da estaca

Nc fator de capacidade de carga

fator de capacidade de carga

Nq fator de capacidade de carga

carga atuante no topo da estaca

máx

carga máxima atingida no ensaio

trab

carga de trabalho ou admissível da estaca

radm

carga correspondente ao recalque admissível

RL resistência lateral

RP carga de ponta

RB carga de bulbo

xvii

carga residual na ponta da estaca

carga residual no bulbo da estaca

Qu carga de ruptura da estaca

máx

tensão máxima, ou de ruptura, do bulbo

máx

tensão máxima, ou de ruptura, da ponta

inclinação da reta na fase pseudo-elástica da 2

Lei de Cambefort, para o

bulbo

inclinação da reta na fase pseudo-elástica da 2

Lei de Cambefort, para a

ponta

S área da seção transversal da estaca

área da seção transversal da estaca no bulbo

área lateral do fuste da estaca

área da seção transversal da estaca na ponta

SPTm

SPT médio do bubo

SPTm

SPT médio da ponta

SPTm

SPT médio do fuste

SPTm

SPT médio do afunilamento

recalque da estaca quando o atrito lateral f atinge seu valor máximo

recalque associado à carga de ruptura da ponta ou do bulbo

máx

recalque máximo atingido no ensaio

trab

recalque de trabalho ou admissível da estaca

coeficiente de majoração ou minoração, para a reação de ponta

(DÉCOURT, 1996)

coeficiente de majoração ou minoração, para o atrito lateral (DÉCOURT,

1996)

deformação da estaca

coeficiente de rigidez relativa solo do fuste-ponta da estaca (MASSAD,

1991)

parâmetro de inclusão da carga residual (MASSAD, 1991)

µAlr

atrito lateral na ruptura considerando as cargas residuais

µf

máx

atrito lateral unitário na ruptura considerando as cargas residuais

µy

recalque associado ao µAlr

xviii

RESUMO

Esta dissertação apresenta um estudo sobre a capacidade de carga de estacas

escavadas com bulbos, executadas em solo não saturado da Formação Barreiras da cidade

de Maceió/AL. A pesquisa teve como base dois locais de estudo: primeiro, foi realizada

uma extensa campanha de investigação de campo e laboratório em um perfil de solo no

campus da Universidade Federal de Alagoas (UFAL), que é bem representativo da

Formação Berreiras da cidade. A finalidade destes trabalhos foi conhecer propriedades e

parâmetros de resistência ao cisalhamento, deformabilidade e sucção mátrica deste tipo de

solo, até então desconhecidos. No segundo local estudado, localizado no bairro Gruta de

Lurdes, foram realizadas quatro provas de carga estática em estacas escavadas com bulbos,

as quais serviram como base para a aplicação de métodos de previsão da carga de ruptura

destas estacas a partir das curvas carga-recalque. Com o objetivo de avaliar a

aplicabilidade da metodologia de cálculo proposta por MARQUES (2004) para previsão da

capacidade de carga dessas estacas para o tipo de solo da Formação Barreiras, extraiu-se

uma estaca semelhante às ensaiadas para estudo da geometria real do fuste, bulbos e da

ponta da estaca. De posse dessas informações, aplicou-se a metodologia de previsão

utilizando os diâmetros dos bulbos de projeto e comparando com as previsões utilizando os

bulbos reais. Os resultados da pesquisa revelaram a necessidade de ajustes na metodologia

proposta por MARQUES (2004) para o caso dessas estacas executadas neste tipo de

formação geológica, principalmente no que diz respeito às parcelas de resistência lateral e

aos valores do diâmetro dos bulbos a serem considerados em projeto.

xix

ABSTRACT

This research presents a study about bearing capacity of bored piles with bulbs,

installed in an unsaturated soil of “Formação Barreiras”, located at Maceió-AL, Brazil.

The research took place in two areas: in the first area was done an extensive field

investigation campaign and laboratory testes in a profile soil located at Federal University

of Alagoas (UFAL) main campus. The work in this first area was done with the purpose of

finding soil properties and parameters for shear strength, deformation and matric suction

associated with this first type of soil analyzed, which until now, were unknown. At the

second area studied, located at Gruta de Lurdes district, it was executed four static load test

on bored piles with bulbs, which were then used as basis for evaluating ultimate load

capacity of those piles from load-settlement curves. With the intention of judging the

applicability of the method proposed by MARQUES (2004) to evaluate the bearing

capacity of bored piles with bulbs, installed in this type of “Formação Berreiras” soil, it

was extracted a pile similar to those analyzed, so as to facilitate studying the real geometry

of the shaft, bulbs and the toe of the pile. Once this information was compiled, it was then

applied the method to estimate the bearing capacity of the piles using the design bulbs

diameters and subsequently compared the estimated numbers achieved using real bulbs.

The results of the research revealed the necessity of adjusting the methodology proposed

by MARQUES (2004) for piles installed in this type of geological formation. Especially

when it comes to lateral resistance and values of bulbs diameters to be considered in

design.

CAPÍTULO 1

INTRODUÇÃO

1.1. CONSIDERAÇÕES INICIAIS

As estacas escavadas de pequeno diâmetro, com bulbos, foram desenvolvidas em

meados dos anos 80, devido às dificuldades de execução das estacas convencionais (pré-

moldadas, Franki, etc) na região praieira de Maceió. Naquela época, as estacas raiz

surgiram como uma alternativa para fundações profundas, contudo os altos custos

operacionais desta estaca eram incompatíveis com o mercado da região, e fizeram com que

ocorressem mudanças gradativas na sua forma de execução, até se chegar às estacas

escavadas, com lama, com bulbos.

No início, essas estacas tinham diâmetro máximo de 300mm e carga de trabalho

média de 350kN. Com a evolução do processo executivo, passou-se a executar estacas com

diâmetros maiores e bulbos ao longo do fuste. Com isto, foram obtidos consideráveis

ganhos de capacidade de carga dessas estacas. Atualmente, projetam-se estacas com vários

bulbos e cargas de trabalho de até 900kN.

As estacas em estudo têm diâmetros máximos de 450mm e são executadas com

perfuratrizes comuns. A perfuração é feita com circulação de lama estabilizadora, ou

simplesmente com água, quando o terreno permite. São estacas armadas em todo seu

comprimento, ou apenas em parte dele, e o fuste é preenchido com argamassa, pelo

processo submerso por meio de bombeamento.

Toda metodologia de cálculo para previsão da capacidade de carga proposta por

MARQUES (1997) e, posteriormente, complementada por MARQUES (2004), foi

desenvolvida para os sedimentos quaternários da região praieira da cidade de Maceió.

Nesta região, o nível do lençol freático se encontra próximo à superfície, variando entre 1 e

3 metros.

Com o crescimento urbano da cidade de Maceió em direção às áreas

compreendidas pelos tabuleiros costeiros da Formação Barreiras, surgiu a necessidade de

se conhecer com maior profundidade, o comportamento destas estacas neste tipo de

formação. Há duas grandes diferenças entre os dois tipos de formação (Quaternário e

Terciário). A primeira é o fato de que nos tabuleiros, o nível d’água do subsolo se encontra

abaixo dos 30 metros, fazendo com que a análise das fundações seja direcionada para a

mecânica dos solos não saturados. A segunda está nos tipos de solos que ocorrem ao longo

da profundidade. Enquanto que os sedimentos do Quartenário são predominantemente

arenosos com coesão nula, os do Terciário são constituídos de argilas arenosas ou siltosas,

e/ou, areias argilosas ou siltosas. Ainda nos sedimentos terciários tem-se a ocorrência de

laterização em profundidade, além de apresentar comportamento de solo estruturado

(cimentado) sob baixos níveis de tensões.

O presente trabalho visava inicialmente caracterizar um perfil da Formação

Barreiras localizado no campus da Universidade Federal de Alagoas (UFAL) e executar,

nesse mesmo local, estacas escavadas com bulbos a fim de estudar seu comportamento

neste tipo de formação. Pretendia-se instrumentar estas estacas em profundidade,

utilizando “strain-gauges” elétricos, vislumbrando um trabalho mais refinado que seria

desenvolvido em uma tese de doutorado. No entanto, constatou-se que a instrumentação

demandaria muito tempo e, por isso, não foi possível de ser realizada devido ao prazo para

finalização desta pesquisa de mestrado.

Por outro lado, o custo de execução das estacas exclusivamente para esta pesquisa

não estava compatível com o orçamento previsto para este trabalho. Então, decidiu-se

realizar uma extensa campanha de caracterização geotécnica em profundidade no perfil do

campus da UFAL, e utilizar os resultados de provas de carga que seriam realizadas em

estacas escavadas com bulbos, destinadas às fundações de edifícios residenciais, a serem

construídos em outro local da Formação Barreiras de Maceió.

1.2. OBJETIVOS DA PESQUISA

O objetivo geral

da pesquisa é analisar a capacidade de carga das estacas escavadas

com bulbos em solos não saturados da Formação Barreiras.

Como objetivos específicos, destacam-se:

Estudo das propriedades geotécnicas dos solos da Formação Barreiras da

cidade de Maceió/AL;

Aperfeiçoamento da metodologia de cálculo proposta por Marques (2004) para

previsão da capacidade de carga destas estacas, especificamente em solos não

saturados da Formação Barreiras.

A metodologia adotada nessa pesquisa consistiu de:

Caracterização geotécnica de um perfil típico da Formação Barreiras, localizado no

campo experimental da Universidade Federal de Alagoas – UFAL, através dos

seguintes trabalhos:

 Investigações de campo: sondagem com SPT, sondagem a trado, coleta de

blocos indeformados.

 Ensaios de laboratório: caracterização física e mineralógica, cisalhamento

direto na umidade natural e inundado, edométrico duplo, sucção através da

técnica do papel filtro.

Análises de quatro provas de carga, realizadas em estacas escavadas com bulbos,

executadas em um outro terreno similar da Formação Barreiras.

Obtenção da carga de ruptura das estacas-base do estudo a partir da curva carga-

recalque utilizando o Método de VAN DER VEEN (1953), o Método da Rigidez

(RG) proposto por DÉCOURT (1996), e o da NBR 6122/96.

Estimativa da parcela de resistência lateral das estacas a partir das curvas carga-

recalque aplicando o Método das Duas Retas Modificado (MARQUES, 2004) e o

Método da Rigidez (DÉCOURT, 1996).

Extração de uma estaca executada no local das provas de carga, conforme o projeto

das estacas ensaiadas, para análise da geometria do fuste, dos bulbos e da ponta da

estaca;

Análise comparativa entre as cargas previstas pela metodologia de cálculo proposta

por MARQUES (2004), a MCP/04, e as obtidas através das provas de carga;

Ajuste da MCP/04 para previsão da capacidade de carga destas estacas nos solos da

Formação Barreiras.

Podem ser destacados os seguintes pontos relevantes deste estudo:

O desafio de estudar o comportamento de fundações profundas em solos não

saturados;

A importância da caracterização geotécnica do subsolo da Formação Barreiras

da cidade de Maceió/AL;

Aprimoramento do método de previsão da capacidade de carga de estacas

escavadas com bulbos, em solos não saturados da Formação Barreiras.

1.3. ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

Esta dissertação está dividida em 06 capítulos dissertativos, referências

bibliográficas e anexo A.

No Capítulo 2 é feita uma breve revisão bibliográfica sobre as estacas escavadas de

pequeno diâmetro, com bulbos, e as estacas com múltiplas bases. Também é feita uma

revisão sobre a teoria da capacidade de carga de fundações em solos não saturados, a

influência da sucção na capacidade de carga de fundações e uma breve revisão sobre

fundações profundas em solos não saturados. Em seguida, apresenta-se um resumo sobre

provas de carga em estacas e alguns métodos de previsão da carga de ruptura de estacas e

interpretação das curvas carga-recalque, entre eles, o método da NBR 6122, o método de

extrapolação de VAN DER VEEN (1953), o Método da Rigidez (DÉCOURT, 1996) e o

Método das Duas Retas (MASSAD, 1992 e 1993; MASSAD e LAZO, 1998) modificado

por MARQUES (2004) para estacas escavadas com bulbos.

A caracterização geotécnica de um perfil da Formação Barreiras da cidade de

Maceió é apresentada no Capítulo 3. Descrevem-se os aspectos geológicos da região, com

ênfase para Formação Barreiras. Em seguida, são apresentados os trabalhos de campo e

laboratório, assim como os resultados dos ensaios de caracterização física, mineralógica,

resistência ao cisalhamento e deformabilidade, ambos na umidade natural e pré-inundado.

No Capítulo 4 são analisadas quatro provas de carga executadas em estacas

escavadas, com bulbos, em solos da Formação Barreiras. São apresentados os resultados

da investigação de campo e laboratório realizados no subsolo da obra, assim como os

detalhes de projeto das estacas e a descrição das provas de carga realizadas.

O Capítulo 5 apresenta a detalhada inspeção e as conclusões tiradas da geometria

da estaca extraída. Também são apresentadas as análises das cargas de ruptura e

estimativas das parcelas de resistência lateral das estacas estudadas com base nas curvas

carga-recalque das provas de carga. A partir destas informações, são feitas comparações

entre as cargas de ruptura previstas pela MCP/04 e os resultados obtidos das provas de

carga. Por fim, propõem-se ajustes na MCP/04 para os casos de estacas executadas na

Formação Barreiras.

Por fim, o Capítulo 6 apresenta as conclusões desta pesquisa, além de sugestões

para futuras pesquisas no tema.

CAPÍTULO 2

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

2.1. ESTACAS ESCAVADAS DE PEQUENO DIÂMETRO COM BULBOS

As estacas escavadas com bulbos, conforme MARQUES (1997), são executadas

por meio de perfuratrizes capazes de perfurar mais de 30m, com diâmetros de 100 a

450mm, em terrenos de subsolos em que ocorrem estratos de alta resistência. As

perfurações são feitas com circulação de lama tipo bentonítica ou com água (quando o

terreno permite), injetada por meio de motor-bomba.

A seguir é descrito o processo executivo destas estacas para os sedimentos

submersos do Quaternário (MARQUES, 2004):

Execução de um furo com diâmetro um pouco maior que o do tubo guia, de

profundidade média de 1,5m;

Colocação do tubo guia com diâmetro interno um pouco maior que o nominal da

estaca;

Perfuração com circulação de lama (ou água quando o terreno permite), utilizando

sapatas cortantes (Figura 2.2), com diâmetro igual ao nominal da estaca até a

profundidade desejada;

Execução dos bulbos nas profundidades desejadas, através da utilização de bico

injetor de lama apropriado (Figura 2.3);

Limpeza do furo através de circulação de lama;

Colocação da armadura;

Injeção de argamassa sob alta pressão, de baixo para cima, através de um tubo de

38mm (11/2”).

A argamassa desce por este tubo, atinge o fundo da escavação e sobe ocupando o

espaço existente, entre o tubo e a parede do furo, até transbordar na superfície. Ao subir,

empurra para fora da escavação toda lama que existia dentro do furo.

As etapas 1 e 2 são dispensadas quando o lençol freático encontra-se numa

profundidade superior a 1,0m em relação à “boca” do furo.

Figura 2.1 – Etapas de execução das estacas escavadas de pequeno diâmetro, com bulbos,

executadas em sedimentos submersos do Quaternário (Adaptado de MARQUES, 2004)

Os bulbos, ou alargamentos de fuste, são executados logo após a etapa de

perfuração da estaca, através da substituição da peça cortante por um “bico” inclinado

(aproximadamente 90

). Com a haste em movimento rotativo, faz-se incidir sobre as

paredes do furo jatos do fluido perfurante com pressão média de 0,40MPa. Dessa forma

provocam-se rupturas hidráulicas localizadas com conseqüente alargamento do fuste.

A argamassa de enchimento do fuste é confeccionada, em geral, com traço de 1:2

(cimento:areia) em volume e fator água/cimento variável entre 0,8 a 1,0. Nessas condições,

apresenta um f

médio de 22MPa, peso específico variável em estado fluido de 19 a

19,5kN/m

e sólido de 20 a 20,5kN/m

Sabe-se que a lama de circulação utilizada durante a perfuração, quando apresenta

alta concentração de detritos, pode ter peso específico de até 15kN/m

. Por outro lado, a

recirculação da lama, após a conclusão da perfuração, por mais algum tempo (15 a 20

minutos), lhe confere peso específico entre 10,5 e 11kN/m

. O peso específico maior da

argamassa e a força de expulsão da bomba de injeção garantem a completa substituição da

lama, que está dentro do furo, pela argamassa.

Lama Betonitica

Injeção de Argamassa

1-Inicio da perfuração

com lama betonitica.

2-Perfuração Concluída.

3-Execução do bulbo 1.

4-Execução do bulbo 2 e limpeza da perfuração.

preenchimento do furo,

6-Injeção de argamassa, com o

de baixo para cima.

5-Colocação da armadura.

Na execução das estacas escavadas com bulbos são utilizados, normalmente, três

tipos de peças cortantes. Brocas tipo “roller-bits”, são empregadas em estratos de

resistência alta, tais como, concreções lateríticas, calcário arenítico ou coralíneo (de RQD

baixo a médio). Quando se trata de rochas de maior dureza, usa-se a coroa com vídea ou

diamantada. Por último, para solos diversos, utiliza-se uma peça batizada pelos operadores

por “carambola” (Figura 2.2). Esta peça pode ser puramente de aço ou dotada de dentes de

vídea.

Figura 2.2 – Detalhe das peças cortantes chamadas de “carambolas”.

Figura 2.3 – Bico injetor inclinado utilizado para executar os bulbos nos sedimentos

submersos do Quaternário.

2.2. ESTACAS ESCAVADAS COM MÚLTIPLAS BASES

As primeiras estacas com múltiplas bases (“under-reamed”) surgiram na Índia em

1955, segundo JAIN et al. (1969). Tratava-se de estacas de pequeno comprimento, 3 a 4m,

executadas manualmente a seco, com trado helicoidal ou tipo concha, com diâmetro de

fuste variável entre 25 e 30cm.

Os bulbos, também executados manualmente com uma ferramenta conhecida por

alargador, semelhante aos macacos tipo “sanfona” utilizados para levantar veículos, tinham

diâmetro, predominantemente, duas vezes o do fuste. Eles eram em número de dois ou três

e tinham espaçamento entre si variável entre uma e duas vezes o diâmetro deles (Figura

2.4).

Inicialmente as estacas “under-reamed” foram utilizadas na Índia para conter os

esforços de expansão e retração que ocorriam nas fundações apoiadas numa camada

superficial de argila expansiva, com espessura média de 2,5m. Logo depois,

fundamentados em estudos de campo e de laboratório, os indianos passaram a projetar e

calcular as estacas “under-reamed” como se fossem estacas escavadas convencionais de

diâmetro igual ao dos bulbos. Para isso o espaçamento ótimo entre os bulbos deve situar-se

entre 1,5 e 2,5 vezes o diâmetro dos bulbos (JAIN et al., 1969; SONPAL & THAKKAR,

1977)

Figura 2.4 – Estaca “under-reamed” com três bulbos (GUPTA & JAIN, 1968)

MOHAN et al. (1967) realizaram uma série de provas de carga em estacas

escavadas instaladas em argila e areia em diversos lugares da Índia. Os autores dividiram

as estacas em dois grupos, onde o primeiro grupo era composto por estacas de

comprimento variável entre 2,4m e 3,6m, diâmetro do fuste de 0,30m e dos bulbos 0,75m

executadas em argila. O segundo grupo tinha estacas de comprimento fixo de 2,10m,

diâmetro do fuste 0,20m e dos bulbos 0,50m instaladas em areia siltosa.

Cada grupo era composto por três diferentes tipos de estacas: uma estaca sem

bulbo, uma estaca com um bulbo e a terceira estaca com dois bulbos. As cargas de ruptura

das estacas do primeiro grupo executadas em argila foram 220kN, 430kN e 650kN,

respectivamente (Figura 2.5). As estacas do segundo grupo executadas em areia siltosa

apresentaram as seguintes cargas de ruptura: 45kN para estaca sem bulbo, 100kN para

estaca com um bulbo e 154kN para estaca com dois bulbos. Diante desses resultados eles

concluíram que cada bulbo aumenta a carga de ruptura da estaca em 50% para

espaçamento entre bulbos, considerados ótimos, de 1,25 a 1,50 vezes o diâmetro do bulbo.

Figura 2.5 – Curvas carga-recalque das estacas executadas em argilas (MOHAN et

al.,1967).

Recalque no topo

(mm)

800 1200

1600

2000

2400

2800

3200

3600

Carga no topo (kN)

1000

800

600

Estaca com 2 bulbos

Estaca com 1 bulbo

Estaca sem bulbo

400

200

GUPTA & JAIN (1968) realizaram um estudo comparativo entre o desempenho de

uma estaca escavada de 0,64m de diâmetro e uma de múltiplas bases, (“multi-

underreamed”) com três bulbos de 0,64m de diâmetro e 0,30m de fuste. Ambas estacas

tinham o mesmo comprimento de 5,5m e foram executadas em terreno constituído de areia

fina, com N

SPT

médio de 6 golpes até 2m e 13 golpes de 2 a 6m de profundidade. O lençol

d’água ocorreu na profundidade de 10m. A Figura 2.6 mostra os detalhes das estacas.

Com os resultados das provas de carga e utilizando métodos de extrapolação, os

autores encontraram uma carga de ruptura de 900kN para ambas as estacas. A Figura 2.7

mostra a curva carga x recalque dos testes. Eles também concluíram que a ruptura lateral

ocorre ao longo de uma superfície cilíndrica de diâmetro igual ao dos bulbos. Os autores

afirmam que a estaca “under-reamed” é mais vantajosa por consumir menos concreto que a

estaca escavada convencional e oferece a mesma capacidade de carga.

Figura 2.6 – Detalhes das estacas escavadas (GUPTA & JAIN, 1968).

Superfície de

cisalhamento

Estaca de grande diâmetro Estaca “multi underreamed”

Figura 2.7 – Curvas carga x recalque (GUPTA & JAIN, 1968).

JAIN et al. (1969) estudaram estacas com dois bulbos (“multi-underreamed”)

realizando ensaios de resistência à compressão e de arrancamento em laboratório e campo.

As estacas no campo foram executadas manualmente, com trados tipo concha ou

helicoidal, em solos tipo “Black Cotton” (argilosos expansivos) e a execução dos bulbos

foi feita com uma ferramenta também tipo helicoidal (alargadores).

Nos ensaios de compressão em laboratório eles constataram que a ruptura ocorria

por cisalhamento ao longo de uma superfície cilíndrica de diâmetro igual ao diâmetro dos

bulbos, e na ponta. Os ensaios de tração, em campo, mostraram que o valor ótimo de

espaçamento entre os bulbos, situa-se entre 1,25 e 1,5 vezes o diâmetro do bulbo. Segundo

os autores as estacas “multi-underreamed” são mais econômicas quando comparadas com

estacas convencionais de mesmo comprimento e diâmetro igual ao dos bulbos.

WHITAKER & COOKE (1965), após ensaios de laboratório e de campo,

estabeleceram parâmetros e métodos para projetos de fundações em estacas escavadas de

grande diâmetro, com e sem base alargada, executadas em argila de Londres.

Os autores apresentam 10 resultados de provas de carga a compressão (carga de

teste máxima de 10.000kN), em estacas com comprimentos 9m, 12m e 15m, e diâmetros

de 0,60m, 0,75m e 0,90m, respectivamente. Nas estacas com base alargada, o diâmetro

Carga (kN)

Estaca de grande diâmetro

Estaca “multi underreamed”

100 200 300 400 500 600 700 800 900

Recal

(

)

dessa base foi de duas vezes o diâmetro do fuste. Foram realizados ensaios triaxiais para a

determinação da resistência ao cisalhamento da argila ao longo do fuste e na base.

As provas de carga foram realizadas através de ensaios do tipo SML (“Slow

Mainted Load”) até 70% da carga de ruptura prevista e, a partir desse ponto, até o final

pelo método CRP (“Constant Rate of Penetration”). Os resultados obtidos de curvas de

cargas últimas de fuste, de ponta e total, em função das deformações, podem ser

representados, segundo os autores, pelas curvas mostradas na Figura 2.8. Os valores de

cargas de ruptura indicam que a carga última de resistência lateral corresponde a um

recalque menor que 1% do diâmetro do fuste e, a da ponta, em torno de 10% do diâmetro

da base.

Figura 2.8 – Carga total, carga de ponta e atrito lateral “versus” recalque para uma estaca

com base alargada em ensaios SML e CRP (WHITAKER & COOKE, 1965).

Ensaio “CRP”

Ensaio SML

Carga total

Carga de ponta

Atrito lateral

Recalque (mm)

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

-500

Carga (kN)

25 50 75 100 125

150

175

200

250

225

SONPAL & THAKKAR (1977), a partir de ensaios em modelos de estacas “under-

reamed”, estudaram os efeitos do diâmetro do fuste, do bulbo e do espaçamento entre

bulbos na capacidade de carga dessas estacas.

Os autores concluíram que as rupturas de base e lateral ocorrem simultaneamente, e

que esta última se desenvolve ao longo de uma superfície cilíndrica de diâmetro igual ao

espaçamento entre os bulbos (Figura 2.9). Eles citam o trabalho de SUBHASH

CHANDRA (1962), no qual é mostrado que a carga última das estacas “under-reamed”

independe do diâmetro do fuste e aumenta consideravelmente com o diâmetro do bulbo.

Também destacam que POULOS (1968) concluiu que o recalque é bastante reduzido

quando o número de bulbos aumenta.

Neste trabalho os autores trabalharam com modelos de estacas de madeira,

diâmetro de fuste igual a 2cm, comprimento de 35cm, com dois bulbos, um bulbo e sem

bulbo. Foram ensaiadas estacas com diferentes diâmetros de bulbos na proporção D

(Diâmetro bulbo)/D

(Diâmetro fuste) igual a 2; 2,5 e 3, ou seja, diâmetros de bulbos de 4,

5 e 6cm, respectivamente.

Além disso, para cada diâmetro diferente de bulbo, estudaram o efeito da variação

do espaçamento nas proporções 1,5; 2,0; 2,5 e 3,0 vezes o diâmetro do bulbo. Todos os

ensaios mostraram que a capacidade de carga é máxima para um espaçamento entre bulbos

de 2,5 vezes o diâmetro do bulbo.

MARTIN & DESTEPHEN (1983) instrumentaram tubulões de bases múltiplas (2

bases) e provaram que não existe atrito lateral no fuste entre as duas bases. Mas a distância

entre elas era de apenas 1,2 vezes o diâmetro desses bulbos (bases). Resta saber a partir de

que distância, abaixo do bulbo, o atrito lateral no fuste entre as bases, deve ser

considerado.

Figura 2.9 – Mecanismo de ruptura proposto por SONPAL & THAKKAR (1977).

A metodologia de cálculo da capacidade de carga dos bulbos, quando estes distam

entre si mais 1,5 vezes o diâmetro do bulbo, proposta por JAIN et al. (1969) e GUPTA et

al. (1982), igualmente à MCP, afirma que a participação de cada bulbo na carga última da

estaca é obtida pelo produto da pressão de ruptura do solo em que ele está apoiado, pela

sua área, que é uma coroa circular de diâmetro interno o do fuste e externo o do bulbo. No

cálculo da carga de ruptura da estaca “under-reamed”, os autores acima citados não

consideram a resistência lateral entre os bulbos. Certamente essa desconsideração da

resistência lateral, reside no fato de que a distância máxima entre as bases das estacas

indianas, é em torno de 3,5 vezes o diâmetro do bulbo (algo próximo de 2m).

2.3. ANÁLISE DA CAPACIDADE DE CARGA DE FUNDAÇÕES EM SOLOS NÃO

SATURADOS

D = diâmetro da estaca

Du = diâmetro do bulbo

S = espaçamento entre

bulbos

Superfície

cilíndrica de

cisalhamento

Superfície

cilíndrica de

cisalhamento

Seção em A-B

2.3.1. Introdução

A capacidade de carga de solos não saturados pode ser vista como uma extensão da

mecânica dos solos saturados. Nos solos não saturados, podemos considerar que a coesão é

composta de duas parcelas: uma é a coesão efetiva do solo, e a outra é devido à sucção

mátrica. A partir desta concepção, a teoria convencional da capacidade de carga é aplicável

aos solos não saturados.

2.3.2. Avaliação dos Parâmetros de Resistência ao Cisalhamento e da Sucção Mátrica

de Projeto

Os parâmetros de resistência ao cisalhamento utilizados na prática para o cálculo da

capacidade de carga de solos saturados são considerados tanto em termos de tensões

efetivas quanto em termos de tensões totais (por exemplo, utilização da resistência não

drenada, S

). Da mesma forma, para solos não saturados, pode-se considerar uma

abordagem através das variáveis de estado tensionais ou através das tensões totais

(FREDLUND & RAHARDJO, 1993).

Abordagem Através das Variáveis de Estado de Tensões

Os parâmetros de resistência ao cisalhamento para um solo com sucção mátrica

são: 1) ângulo de atrito efetivo,

’; 2) coesão efetiva, c’; e 3) ângulo de variação da

resistência ao cisalhamento devido à sucção mátrica,

. Estes parâmetros são baseados na

suposição de que a superfície de ruptura é planar. Entretanto, dois destes parâmetros

podem ser combinados, de maneira que a equação de resistência ao cisalhamento se torna

similar à utilizada para solos saturados (FREDLUND & RAHARDJO, 1993).

Os parâmetros de resistência ao cisalhamento para o cálculo convencional da

capacidade de carga se tornam, então, a coesão total,

c, e o ângulo de atrito efetivo,

’.

Para obter o valor da coesão total, é necessário conhecer o ângulo

e ter uma estimativa

do valor da sucção mátrica de projeto.

É difícil estimar um valor apropriado para a sucção mátrica de projeto. Se a sucção

for medida, seria conveniente adotar este valor somente se o projetista tivesse a certeza de

que este valor seria mantido. Em alguns casos, pode ser admissível que se aplique um fator

de segurança ao valor de sucção mátrica medido a fim de se obter o valor de sucção de

projeto. A decisão de se considerar ou não um valor de projeto para a sucção depende da

experiência local do projetista e do microclima da região em particular.

Abordagem Através das Tensões Totais

A abordagem através das tensões totais é, na essência, comum na prática da

engenharia geotécnica, contudo os projetistas normalmente não enxergam em seus projetos

o comportamento do solo com sucção mátrica. Como exemplo, FREDLUND &

RAHARDJO (1993) consideram uma sapata apoiada em solo argiloso, muito acima do

nível freático. A prática da engenharia do dia-a-dia é realizar uma investigação através de

ensaios de campo ou coletar amostras para determinar os parâmetros de resistência do solo

em laboratório.

A resistência à compressão, obtida dos ensaios de compressão simples em

laboratório, é dividida por 2 para se obter a resistência ao cisalhamento não drenada, S

. O

ângulo de atrito é adotado zero, e a equação da capacidade de carga é resolvida. Entretanto,

o fato é que o solo possui sucção mátrica (ou pressão negativa de água nos poros) durante

os ensaios de laboratório. Esta sucção é função da poro-pressão negativa

in situ e da

variação da poro-pressão gerada pelo descarregamento do solo durante a amostragem.

A envoltória de ruptura “estendida” de Morh-Coulomb pode ser utilizada para

visualizar a relação entre os resultados do teste de compressão simples e a resistência ao

cisalhamento definida em termos da sucção mátrica. A Figura 2.10 mostra a possível

trajetória de tensões durante um ensaio de compressão simples (trajetória AB), em que a

sucção mátrica é admitida constante durante o ensaio.

O resultado dos ensaios, transportados para a envoltória de resistência, representa o

estado de tensões na ruptura. Matematicamente, a resistência não drenada, S

, pode ser

escrita, numa aproximação, em termos da envoltória de ruptura “estendida” de Morh-

Coulomb:

fwafafu

uuucS

φφσ

tan)('tan)(' ⋅−+⋅−+≈

(2.1)

Figura 2.10 – Envoltória de resistência de Mohr-Coulomb para solos não saturados

(FREDLUND & RAHARDJO, 1993).

A resistência não drenada crescerá ou diminuirá de acordo com a variação da

sucção mátrica, conforme a expressão:

wau

uuS

tan)( ⋅−∆=∆

(2.2)

onde:

S∆ = variação da resistência não drenada devido à variação da sucção mátrica.

)(

uu −∆ = variação da sucção mátrica devido ao umedecimento ou secagem do solo.

A capacidade de carga de solos argilosos é freqüentemente calculada utilizando a

resistência não drenada, Su, de acordo com a abordagem em termos de tensões totais (i.e.

= 0). Com isso, temos que a capacidade de carga da argila é expressa em termos da sua

resistência não drenada (i.e. q

= S

). Se considerarmos que haja uma variação da

sucção mátrica )(

uu −∆ (acréscimo ou decréscimo), esta variação resultará numa

variação da resistência não drenada

∆

. Finalmente, teremos uma variação na capacidade

de carga do solo correspondente a:

ffcucuf

qqNSNSq ∆+=⋅∆+⋅=

(2.3)

2.3.3. Influência da Sucção na Capacidade de Carga de uma Fundação

FREDLUND & RAHARDJO (1993) estudaram a influência da sucção matricial na

capacidade de carga do solo sob sapatas corridas com larguras de 0,5 e 1,0m, assentes a

uma profundidade de 0,5m. Os resultados são mostrados na Figura 2.11, onde é possível

notar a forte influência da sucção matricial na capacidade de carga da fundação.

Os cálculos mostram que para a sapata de 0,5m de lado e sucção matricial nula, a

capacidade de carga é de 182kPa, mas quando a sucção matricial é aumentada para

100kPa, a capacidade de carga sobe para 655kPa. A mesma tendência é observada para a

sapata maior. Contudo, mesmo que não se atinjam valores tão elevados de sucção, neste

caso, basta uma sucção matricial de 38kPa para dobrar a capacidade de carga em relação à

condição de sucção nula.

Figura 2.11 – Variação da capacidade de carga de uma fundação corrida para diferentes

valores de sucção matricial (FREDLUND & RAHARDJO, 1993).

COSTA (1999) apresenta curvas tensão x recalque de três provas de carga sobre

placa à profundidade de 1,5m, realizadas no Campo Experimental de Fundações da

USP/São Carlos, onde o solo superficial é colapsível. Dois ensaios foram realizados em

épocas diferentes do ano, para representar situações diferentes de sucção média do solo

(

Ψ) sob a placa (a sucção foi monitorada por tensiômetros durante os ensaios), e uma

terceira prova de carga foi realizada com inundação do solo, para reproduzir a condição de

sucção nula.

A Figura 2.12 mostra as curvas tensão x recalque para as três condições distintas de

umidade (sucção). Fica evidente o considerável aumento da capacidade de carga do solo

com o aumento da sucção.

Ainda neste trabalho, COSTA (1999) mostrou o aumento da carga de ruptura com

o crescimento da sucção matricial, a partir dos resultados de ensaios SML e QML. Na

Figura 2.13 são apresentados os resultados obtidos e a equação da reta de ajuste dos

pontos, que permite estimativas da capacidade de carga do solo para um determinado valor

de sucção. O autor destaca que a tensão de ruptura não deve obedecer a uma lei linear de

crescimento, mas sim tender à estabilização com o aumento da sucção.

Figura 2.12 – Curvas tensão x recalque de provas de carga do tipo QML, realizadas sobre

placa em solo não saturado com diferentes níveis de sucções (COSTA, 1999).

Figura 2.13 – Variação da tensão de ruptura com a sucção matricial, a partir de ensaios

QML e SML em placa (COSTA, 1999).

Quando se analisam resultados de ensaios de campo para projetos de fundações em

solos não saturados, sejam de penetração dinâmica (SPT) ou estática (CPT), também se

deve ter o cuidado de conhecer sob quais condições de umidade os ensaios foram

realizados. As chuvas, ou qualquer outro meio que cause infiltração significativa de água

no solo, influenciam os resultados de sondagens.

CINTRA et al. (2003) mostraram que valores de N

SPT

obtidos em sondagens

realizadas em solos colapsíveis (porosos) são afetados pela sucção (ou seja, pelo teor de

umidade). Por isso, é de se esperar que em épocas de chuvas se encontrem valores de N

SPT

inferiores àqueles obtidos em épocas de seca, no mesmo local. Este fato sugere que os

valores de N

SPT

se relacionam diretamente ao teor de umidade do solo e podem ser

correlacionados apenas com valores de resistência correspondentes aos teores de umidade

no momento da realização dos ensaios. Também se observa uma diminuição de

aproximadamente 30% no N

SPT

quando se utiliza o sistema de circulação de água antes de

atingir o nível d’água.

De modo semelhante, as provas de carga realizadas em época de chuva indicam

valores de capacidade de carga reduzidos em relação a ensaios conduzidos na estação seca

do ano.

2.3.4. Fundações Profundas em Solos Não Saturados

CINTRA (2004) faz um relato sobre a evolução dos estudos de fundações em solos

não saturados no âmbito mundial e nacional. Segundo o autor, HOLTZ e GIBBS (1953)

realizaram um trabalho pioneiro com 28 provas de carga em estacas cravadas e moldadas

in loco, com e sem pré-inundação do terreno, realizado em solo colapsível no estado de

Nebraska, EUA. Neste trabalho, os autores analisaram duas situações: primeiro, estacas de

ponta apoiadas em camada de areia compacta subjacente ao

loess colapsível superficial,

que pouco sofreram influência da inundação; segundo, estacas de atrito embutidas em

loess colapível, as quais sofreram diminuição significativa da capacidade de carga por

causa da inundação, chegando em certos casos, a perdas superiores a 50%. Este relato

mostra que já naquela época, havia a preocupação em estudar fundações profundas em

solos não saturados, neste caso, em solos colapsíveis.

No Brasil, CINTRA (2004) cita ALBIERO (1972), que realizou 19 provas de carga

sem inundação, em estacas escavadas do tipo broca com diâmetro de 0,15 a 0,30m e

comprimento de 2 a 8m, em São Carlos/SP. Neste caso, o autor já destacava que estas

estacas sofrem sensível redução na capacidade de carga na época chuvosa. Também são

citadas as primeiras provas de carga em estacas realizadas no Brasil, com inundação do

terreno, relatadas por MELLIOS (1985) e MONTEIRO (1985). Trata-se de provas de

carga realizadas em estacas do tipo broca, nos solos porosos das proximidades da

hidrelétrica de Jupiá, realizadas com e sem inundação do terreno. A capacidade de carga

das estacas sem inundação, da ordem de 150kN, reduziu para cerca da metade com a

inundação prévia.

CAMAPUM DE CARVALHO et al. (2004) apresentaram estudo de capacidade de

carga em estacas escavadas executadas nos solos porosos colapsíveis de Brasília. Neste

trabalho, os autores citam o estudo de MASCARENHAS (2003) que chegou a correlações

razoáveis entre o somatório da sucção ao longo do perfil e os resultados das provas de

carga. Neste caso, as sucções foram obtidas a partir de curvas características do solo local

utilizando-se os teores de umidade determinados no momento das provas de carga. Apesar

dos bons resultados obtidos, a aplicação destes procedimentos na prática seria difícil,

afirmam os autores.

Diante disso, CAMAPUM DE CARVALHO et al. (2004) buscaram associar o

comportamento das estacas ao equilíbrio hídrico local, utilizando como índice de avaliação

o índice de umidade IHU(ER) mensal, a partir do dados regionais fornecidos pela Rede

Nacional de Agrometeorologia. Os autores encontraram boas correlações entre a

capacidade de carga das estacas determinada a partir das provas de carga e o índice de

umidade IHU(ER), no manto intemperizado do Distrito Federal. Eles concluíram que esta

pode ser uma importante ferramenta para correção da carga de ruptura obtida em provas de

carga a partir dos dados pluviométricos de uma região.

Para a prática de fundações, CINTRA (2004) afirma que não se deve cogitar

procedimentos sofisticados para considerar a influência da sucção na capacidade de carga

de fundações. Para ensaios em fundações profundas, ele sugere a realização de tradagem

simultaneamente à execução das provas de carga, para obtenção do teor de umidade com a

profundidade. Também a técnica do papel filtro pode ser uma opção para determinação da

sucção das amostras obtidas por tradagem, no momento da realização das provas de carga.

Quanto ao fator de segurança a ser adotado em projeto de fundações profundas em

solo colapsível, CINTRA (2004) sugere que, além das verificações usuais de segurança à

ruptura e ao recalque excessivo, deve-se considerar um fator de segurança ao colapso do

solo. Neste caso, é recomendada a adoção de um FS de pelo menos 1,50.

CINTRA (2004) diz que o importante papel da sucção matricial na capacidade de

carga pode esclarecer, pelo menos em parte, divergências de resultados de provas de carga

que ocorrem nas seguintes situações: a) ensaios estáticos realizados em datas distintas, às

vezes intercaladas por chuva; b) prova de carga dinâmica realizada no momento da

cravação de uma estaca, e provas de carga estática realizada algum tempo depois. De modo

semelhante, ensaios de SPT e provas de carga realizados em épocas distintas podem

justificar discrepâncias entre valores previstos e os obtidos experimentalmente.

2.4. METODOLOGIA DE CÁLCULO PROPOSTA POR MARQUES (2004) PARA

PREVISÃO DA CAPACIDADE DE CARGA DE ESTACAS ESCAVADAS COM

BULBOS (MCP/04)

A metodologia de cálculo proposta (MCP/04) para previsão da capacidade de carga

de estacas escavadas de pequeno diâmetro, com e sem bulbos, foi originalmente

fundamentada nos resultados de 25 provas de carga, que foram objeto de uma Dissertação

de Mestrado na EESC-USP desenvolvida por MARQUES (1997). Posteriormente,

MARQUES (2004) analisou os resultados de 30 provas de carga comuns (a maioria com

grandes recalques) e mais 5 provas de carga em estacas-teste instrumentadas em

profundidade, as quais foram posteriormente extraídas para análise detalhada da geometria

do fuste e dos bulbos.

É importante ressaltar que a quase totalidade das estacas analisadas e tomadas

como base para o estabelecimento da metodologia de cálculo apresentada foram

executadas em sedimentos do Quaternário, em condições saturadas. Para os sedimentos do

Terciário, como os da Formação Barreiras, quase sempre não saturados, torna-se

necessário analisar um número maior provas de carga, se possível, em estacas

instrumentadas, para se ter resultados mais compatíveis com este tipo de solo.

As parcelas de carga consideradas no modelo de cálculo da capacidade de carga

das estacas com bulbos, quando o espaçamento entre eles é maior que 3.Df, estão

apresentadas na Figura 2.14.

Legenda:

Df = diâmetro nominal do fuste

Db = diâmetro do bulbo

fs = resistência lateral unitária

q = resistência de apoio do bulbo

q = resistência de apoio da ponta

Figura 2.14 – Modelo de cálculo das estacas escavadas com bulbos.

No cálculo da carga de ruptura dessas estacas, considera-se a soma da resistência

lateral ao longo do fuste com as resistências de apoio da ponta e dos bulbos, conforme a

expressão 2.4.

AcqApqAlfsQ

bpu

⋅+⋅+⋅=

∑

(2.4)

Onde: fs, q

e q

são as capacidades de carga lateral, de ponta e dos bulbos,

respectivamente; Al e Ap são as áreas lateral e de ponta da estaca; e Ac é a área da coroa

circular (Figura 2.15).

As bases da metodologia de cálculo proposta por MARQUES (2004) são descritas

a seguir:

1) Adota-se o modelo de cálculo do método DÉCOURT-QUARESMA (1996)

para o cálculo do atrito lateral unitário (fs), e da tensão de ruptura de apoio,

) tensão de bulbo e (q

) tensão de ponta, dados por:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+= 1

, em kPa

NCq ..

, em kPa

NCq ..

, em kPa

(2.5)

(2.6)

(2.7)

Contudo, operam-se adaptações, principalmente nos valores do fator

característico dos solos (C), nos limites dos valores de N

SPT

e na fórmula do

cálculo da adesão lateral, em alguns casos.

2) O cálculo da resistência de apoio dos bulbos é feito multiplicando-se a

capacidade de carga do solo (q

), no trecho onde se situa a base do bulbo,

pela área da coroa circular (A

). Esta coroa circular tem diâmetro interno

igual ao diâmetro nominal do fuste (D

), e externo igual ao diâmetro do

bulbo (D

Figura 2.15 – Área da coroa circular utilizada no cálculo da resistência de

apoio dos bulbos.

3) Propõem-se novos valores para o fator característico do solo (C), que estão

apresentados na Tabela 2.1.

4) Limita-se cada N

SPT

, ao longo do fuste, a um valor de 15 no cálculo de

resistência lateral, e adota-se

β=0,85 como valor do fator de minoração no

cálculo de fs.

5) Quando o bulbo é executado próximo à ponta da estaca (uma distância de

até 3 vezes o diâmetro do fuste, em relação à ponta da estaca) considera-se

bulbo e ponta uma única base de apoio (Figura 2.16-a), tomando-se N

SPT

máximo de 15 no cálculo de q

. Quando a distância entre bulbo e ponta for

maior que a citada (Figura 2.16-b), separa-se bulbo e ponta e adota-se N

SPT

máximo de 20 e 15, para o cálculo de q

e q

, respectivamente.

L < 3.Df

L > 3.Df

(a) (b)

Figura 2.16 – Considerações sobre as parcelas de resistência dos bulbos.

6) No cálculo da capacidade de carga dos bulbos, adota-se a média entre os

dois valores de N

SPT

, registrados no trecho em que ocorre a variação do

diâmetro do fuste, mantendo-se o limite

= 20, para N

>20.

7) Para a cidade de Aracaju, no cálculo do atrito lateral unitário, utiliza-se a

fórmula:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+= 1

..10

, com β=0,85 e N ≤ 15 (2.8)

8) No cálculo de q

ou q

em solos típicos do Quaternário da cidade de

Aracaju, procede-se as seguintes considerações no valor do N

SPT

N≤ 15 quando se executa bulbo na ponta da estaca;

N≤ 10 quando a ponta é simples (sem bulbo)

9) Não se considera limite inferior para o N

SPT

, em nenhum caso.

10) Deve-se considerar um aumento natural de até 100% no diâmetro nominal,

quando a ponta da estaca for instalada em areias e siltes arenosos fofos, e silte

argiloso mole e muito mole, submersos.

Vale ressaltar novamente que a quase totalidade das estacas ensaiadas e que foram

tomadas como base para o estabelecimento da metodologia de cálculo acima citada, foi

executada em sedimentos submersos do Quaternário. Para os sedimentos do Terciário,

como os da Formação Barreiras, MARQUES (2004) afirma que é necessária a realização

de provas de carga em estacas instrumentadas para se ter resultados mais compatíveis com

esse tipo de solo.

Tabela 2.1 – Valores do fator característico dos solos (C) (MARQUES, 2004).

PERÍODO GEOLÓGICO: QUATERNÁRIO

Fator Característico (C), em kPa

TIPO DE SOLO

MACEIÓ / RECIFE ARACAJU

Rocha calcária arenítica 300 300

Areias (finas e grossas) 200 a 250 160 a 210

Areias siltosas (com ou sem argila) e

Areias cálcicas

140 a 180 130 a 150

Areias Argilosas (com ou sem silte) 100 a 130 100 a 120

Siltes arenosos (com ou sem argila) 90 a 130 90 a 110

Silte argiloso (com ou sem areia) 80 a 100 80 a 100

Argila, Argila Siltosa ou arenosa 80 a 90 80 a 90

PERÍODO GEOLÓGICO: TERCIÁRIO (FORMAÇÃO BARREIRAS)

Fator Característico (C), em kPa

TIPO DE SOLO

MACEIÓ / RECIFE / ARACAJU

Areia argilosa ou Argila arenosa (com

ou sem silte)

Areia siltosa (com ou sem argila)

140 a 160

Silte argiloso (com ou sem areia)

Argila siltosa (com ou sem areia)

130 a 150

2.5. ENSAIOS DE PROVA DE CARGA ESTÁTICA

2.5.1. Introdução

Os ensaios de prova de carga são a forma mais confiável de verificar o desempenho

de uma fundação. As provas de carga podem ser divididas, basicamente, em dois tipos:

provas de carga estática e provas de carga dinâmica. Nas primeiras, a carga é aplicada

estaticamente por um conjunto constituído de “macaco” hidráulico, manômetros e sistema

de reação (cargueiras, tirantes, etc). Nas provas de carga dinâmica, aplica-se uma carga de

impacto no topo da estaca e através da teoria da equação da onda determina-se a provável

carga de ruptura (NBR-13208/94).

Nesta revisão bibliográfica serão apresentados alguns conceitos, procedimentos de

execução e avaliações dos resultados do carregamento estático, mais precisamente do tipo

“lento” (SML – “Slow Maintained Load”), pois este será o tipo de carregamento utilizado

nesta pesquisa.

2.5.2. Procedimentos do Ensaio

Nas provas de carga a compressão e axial, as cargas são aplicadas por meio de

macaco hidráulico calibrado, centradas em relação ao eixo da fundação, sem provocar

vibrações e choques durante o carregamento. As cargas poderão ser aplicadas em estágios,

com medição dos recalques estabilizados; ou de forma de penetração contínua até não mais

se conseguir incremento de carga, devido ao rompimento da ligação estaca-solo ou do

elemento estrutural; ou de forma cíclica ou repetição com incrementos de carga até o seu

rompimento.

As cargas são medidas por manômetros ou por célula de carga, sendo esta de maior

precisão. Um ou dois pares de extensômetros mecânicos são instalados em dois eixos

ortogonais (ou em diagonal) os quais medem os deslocamentos (ou recalques) verticais do

elemento de fundação.

O método de ensaio de prova de carga MB-3472/91, da Norma Brasileira,

recomenda que a estaca deve ser carregada até a ruptura ou ao menos até duas vezes o

valor da carga de trabalho.

Quanto à forma de aplicação da carga ou de metodologia de carregamento da

fundação, podem-se identificar quatro grupos: o ensaio do tipo “lento”, ou SML (“Slow

Maintained Load Test”); o ensaio do tipo “rápido”, ou QML (“Quick Maintained Load

Test”); o ensaio de penetração constante, ou CRP (“Constant Rate of Penetration”); e o

ensaio do tipo cíclico, ou CLT (“Cyclic Load Test”).

A MB-3472/91 estabelece dois tipos de provas de carga para determinação da

capacidade de carga de uma fundação: o ensaio do tipo rápido (QML) e o ensaio do tipo

lento (SML), com a estabilização para cada estágio. Esta Norma considera os ensaios SML

e QML de mesma importância nas avaliações de fundações sobre estacas. Os demais

ensaios são considerados complementares a estes, desde que sua utilização seja

devidamente justificada (NIYAMA et al., 1996).

O ensaio SML ou de carregamento lento é executado segundo as prescrições da

Norma Brasileira que seguem:

a- Procede-se ao carregamento em estágios iguais e sucessivos, observando-se que:

−

a carga aplicada em cada estágio não deve ser superior a 20% da carga de

projeto, prevista para a estaca ensaiada; e

−

em cada estágio a carga deve ser mantida até a estabilização dos

deslocamentos por um tempo mínimo de 30min.

b- Em cada estágio os deslocamentos devem ser lidos logo após a aplicação da

carga correspondente e, em seguida, as leituras nos tempos de 2, 4, 8, 15 e

30min a contar do início do estágio e depois a cada 30min, até a estabilização

ser alcançada.

c- A estabilização dos deslocamentos se obtém através da curva tempo x

deslocamento, sendo alcançada quando a diferença entre as leituras realizadas

nos tempos t e t/2 corresponder, no máximo, a 5% do deslocamento total

ocorrido no estágio.

d- Não se configurando a ruptura da estaca, a carga aplicada deve ser mantida por

um tempo mínimo de 12 horas, entre a estabilização dos recalques até o início

do descarregamento.

e- O descarregamento deve ser feito em, no mínimo, quatro estágios. Cada estágio

é mantido até a estabilização dos deslocamentos, com registro de acordo com os

itens

b e c. O tempo mínimo de cada estágio é de 15min.

f- Após o descarregamento total, as leituras dos deslocamentos devem continuar até

a sua estabilização.

O ensaio de carregamento rápido ou QML é realizado segundo as prescrições da

MB-3472 que seguem:

a- O carregamento é feito em estágios iguais e sucessivos, observando-se que:

−

a carga aplicada em cada estágio não deve ser superior a 10% da carga de

trabalho prevista para a estaca ensaiada; e

−

em cada estágio a carga deve ser mantida durante 5min,

independentemente da estabilização dos deslocamentos.

b- Em cada estágio os deslocamentos são lidos, obrigatoriamente, no início e no

final do estágio.

c- Atingida a carga máxima do ensaio, o descarregamento deve ser feito em quatro

estágios, cada um mantido por 5min, com a leitura dos respectivos

deslocamentos.

d- Após 10min do descarregamento total, deve ser feita uma leitura final.

FELLENIUS (1980), citado por MARQUES (2004), considera o ensaio do tipo

rápido (QML), com aplicação de estágios de carga em intervalos constantes de tempo,

mais representativo por apresentar uma melhor definição da curva carga-recalque e

classifica-o como sendo superior ao ensaio tipo lento (SML) do ponto de vista técnico,

prático e econômico, pois se reduz o tempo de ensaio e melhoram-se as estimativas do

comportamento do elemento ensaiado.

MILITITSKY (1991), também citado por MARQUES (2004), afirma que, da

mesma forma que a velocidade da solicitação influi na resistência ao cisalhamento dos

solos, especialmente das argilas, também altera o comportamento das fundações neste tipo

de solo. A elevada velocidade de carregamento provoca aumento da capacidade de carga e

da rigidez da fundação. Esta observação serve para alertar sobre os cuidados que se deve

ter ao se comparar ensaios executados com procedimentos diferentes.

2.5.3. Determinação da Carga de Ruptura de Estacas através das Curvas Carga-

Recalque

Segundo a NBR-6122/96, a carga de ruptura pode ser determinada por meio de

métodos teóricos, semi-empíricos e por provas de carga. Ocorre que, nem sempre a carga

de ruptura é atingida nas provas de carga, por motivos diversos. Nesses casos adota-se, na

prática corrente, as seguintes definições de carga de ruptura (SIMONS & MENZIES,

1981; apud. MARQUES, 2004):

−

“aquela que causa um recalque igual a 10% do diâmetro da estaca, levando-se

em conta uma certa tolerância para o encurtamento elástico da estaca, que pode

ser significativo nas estacas longas”.

−

“aquela para a qual a velocidade de recalque continua sem diminuição, sem

aumento da carga, a menos que, naturalmente, a velocidade seja tão lenta que

indique ser ele devido ao adensamento do solo”.

−

“a carga para a qual a curva carga x recalque tem o raio de curvatura mínimo”.

−

“é a obtida pelo ponto de interseção das tangentes ao trecho inicial e final da

curva carga x recalque”.

−

“é a carga que acarreta o dobro do recalque para 0,8 da carga de ruptura

prevista”.

Neste trabalho serão utilizados os seguintes métodos de obtenção da carga de

ruptura de estacas, a partir das curvas carga-recalque das provas de carga:

Método da NBR 6122/96

O método da NBR 6122/96 define a carga máxima da estaca em função do seu

diâmetro e do encurtamento elástico devido ao carregamento. Desta forma, a carga de

ruptura pode ser convencionada como aquela que corresponde, na curva carga-recalque

(Figura 2.17), ao recalque expresso pela fórmula a seguir:

r +=∆

(2.9)

Onde:

∆

= recalque de ruptura convencional;

P = carga de ruptura convencional;

L = comprimento da estaca;

A = área da seção transversal da estaca;

E = módulo de elasticidade do material da estaca; e

D = diâmetro do círculo circunscrito à estaca.

Figura 2.17

– Determinação da carga de ruptura (P

), na curva carga x recalque, em função

do recalque (

∆

) calculado (NBR-6122/96).

Método de Van der Veen (VDV)

Segundo VAN DER VEEN (1953), a curva carga x recalque pode ser expressa por:

(2.10)

Onde:

Q e r - são coordenadas conhecidas da curva carga x recalque;

- é a carga de ruptura que se deseja determinar; e

α - coeficiente que depende da forma da curva.

(

)

eQQ

−

−= 1

Figura 2.18 – Curva carga-recalque com extrapolação proposta por VAN DER VEEN

(apud ALONSO, 1991).

A solução é obtida por tentativas, pois são duas incógnitas (Q

e α) e apenas

uma equação. Reescrevendo-se a equação de Van der Veen sob a forma:

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

−−=

lnr 1.

(2.11)

Verifica-se que o valor de Q

que satisfaz a esta equação, representa uma reta num

gráfico semi-logarítmico. O coeficiente angular dessa reta fornece o valor de α. O método

consiste em se adotar vários valores para Q

de forma arbitrária (conforme se mostra na

Figura 2.19, Q

(I)

, Q

(II),

(III)

) e verificar qual desses valores resulta em uma reta, em

um gráfico com abscissas

−−

⎛

⎝

⎜

⎞

⎠

⎟

ln 1

e ordenada r.

Figura 2.19 – Solução gráfica da equação de VAN DER VEEN (apud ALONSO, 1991).

A expressão que define a curva carga x recalque, proposta por VAN DER VEEN

(1953), foi generalizada por AOKI (1976), apud ALONSO (1991), resultando no método

de Van der Veen generalizado:

()

[

]

bar

eQQ

+−

−= 1

(2.12)

onde além das variáveis já conhecidas, têm-se:

a - coeficiente que depende da estaca, natureza do solo e define a forma da

curva; e

b – ponto de interseção da reta procurada, com o eixo das abscissas.

Com base na expressão generalizada obtém-se a curva ajustada, arbitrando-se

valores para “r” e calculando-se os valores correspondentes para “Q” (AOKI & ALONSO,

1986; ALONSO, 1991).

A proposta de VAN DER VEEN (1953) tem sido largamente utilizada no Brasil

para extrapolação de curvas carga-recalque obtidas em provas de carga em que não se

atingiu a ruptura física da fundação. O procedimento de extrapolar a curva para se avaliar a

carga de ruptura, quando o ensaio da estaca não indicar uma ruptura nítida, é legitimado

pela NBR 6122/96 (item 7.2.2.3), contudo é preciso analisar a aplicabilidade do método

para cada caso.

Método da Rigidez (RIG)

DÉCOURT (1996) propôs uma maneira simples de se avaliar a ruptura

convencional de fundações a partir das curvas carga-recalque obtidas em provas de carga.

Trata-se de método baseado no conceito de rigidez de uma fundação.

Segundo o autor, defini-se rigidez de uma fundação (R) como a relação entre a

carga a ela aplicada (Q) e o recalque (s) por ela sofrido. Para qualquer tipo de fundação, a

tendência geral é de que a rigidez diminua à medida que os recalques aumentem.

Sendo assim, a ruptura ocorre para uma carga correspondente a um valor de rigidez

nula.

0)(lim →⇒=

∞→

ult

(2.13)

Na prática, plotam-se os valores de R (=Q/s) em ordenadas e os valores de Q em

abcissas. Se a prova de carga for conduzida até valores bem pequenos de R, uma

extrapolação linear ou logarítmica irá fornecer uma boa estimativa da carga de ruptura

física. Quanto menor a rigidez atingida no ensaio, mais precisa será a estimativa da carga

de ruptura.

O ponto da curva R x Q onde a mesma se torna sub-horizontal indica,

aproximadamente, quando a transferência de carga da estaca ao solo passa a se fazer

apenas por apoio, já tendo ocorrido a mobilização plena do atrito lateral. No caso de

estacas com bulbos, esta resistência de apoio é composta pelas resistências de ponta e dos

bulbos.

Método das Duas Retas Modificado (MDRM)

O “Método das Duas Retas” é um procedimento gráfico para interpretar curvas

carga-recalque de provas de carga através de um modelo matemático desenvolvido por

MASSAD (1992; 1993 e 1995) apud. MASSAD & LAZO (1998), que adota como funções

de transferência de carga as Leis ou Relações de CAMBERFORT (1964).

O “Método das Duas Retas Modificado” (MDRM), o qual tem como base os

trabalhos de MASSAD (1992), LAZO (1996) e MASSAD & LAZO (1998), citados por

MARQUES (2004), foi proposto para a interpretação da curva carga-recalque de estacas

escavadas de pequeno diâmetro, com bulbos. Este método permite estimar as parcelas de

desenvolvimento do atrito lateral e das resistências de apoio dos bulbos e ponta. Também

permite estimativas da carga admissível das estacas.

Não é objetivo deste trabalho, mostrar o desenvolvimento matemático das

expressões utilizadas por este método, sendo de maior interesse os procedimentos práticos

para aplicação do método às curvas carga-recalque aqui estudadas. Maiores detalhes sobre

o MDRM poderão ser encontrados em MARQUES (2004) e MASSAD & LAZO (1998).

MASSAD (1992), apud. MARQUES (2004), definiu o parâmetro k, coeficiente de

rigidez relativa solo-estaca, e classificou as estacas segundo sua rigidez: k ≥ 8 estacas

longas; 2 < k < 8 estacas intermediárias ou k ≤ 2 estacas curtas.

MARQUES (2004), através da instrumentação em profundidade de 05 estacas-teste

e da interpretação do formato de suas curvas carga–recalque, mostrou que as estacas

escavadas de pequeno diâmetro com bulbos, são um tipo de estaca muito rígida (ou curta),

isto é, sua compressibilidade influi pouco no formato da curva carga-recalque no topo.

Para este tipo de estaca, o trecho 3-4 da Figura 2.20 praticamente inexiste, pois o atrito

lateral se esgota quase que instantaneamente do topo à base da estaca.

O MDRM propõe um ajuste de duas retas à curva carga-recalque no topo,

correspondentes ao trecho pseudo-elástico (0-3) e ao trecho de desenvolvimento franco de

resistência de apoio (4-5) (Figura 2.20). Entende-se por resistência de apoio o somatório

das resistências de bulbo (ou bulbos) mais ponta.

Considerou-se que o trecho 3-4, referente ao desenvolvimento progressivo do atrito

do topo à base da estaca, inexiste. Dessa forma, os pontos 3 e 4 da curva carga-recalque no

topo coincidem. Logo, o ponto 4 corresponde ao início do esgotamento do atrito no topo

da estaca e está associado à y

≅y

=µy

A Figura 2.21 apresenta as relações elementares de interação solo-estaca de

CAMBEFORT (1964), modificadas segundo o modelo proposto por MARQUES (2004),

para o atrito lateral unitário e a resistência de apoio destas estacas.

máx

Figura 2.20 – Curva teórica de carga-recalque no topo para estacas com bulbo, rígidas

(MARQUES, 2004).

f res

R p

f m á x

q b

R b

S b

q p

S p

m á x

+ P

m á x

(a) Fuste (b) Bulbo (c) Ponta

Figura 2.21 – Leis ou Relações de Cambefort modificadas para o MDRM (MARQUES,

2004).

As Leis de Cambefort foram modificadas por MASSAD (1992) para incorporar a

carga residual (P

), que surge na ponta de estacas cravadas após a sua cravação ou ao final

do primeiro carregamento de estacas escavadas (VÉSIC, 1977; DÉCOURT, 1989; e

MASSAD, 1992; apud. MASSAD & LAZO,1998).

MARQUES (2004) observou que, inicialmente, as estacas escavadas com bulbos

não apresentavam atrito negativo ao longo do fuste para equilibrar a carga residual (P

apenas resistências de apoio concentradas nos bulbos e na ponta. Logo, a carga P

pode ser

substituída por uma resistência AS, correspondente à mobilização das reações residuais

nos bulbos e na ponta.

Por outro lado, como as estacas em estudo são rígidas, pode-se admitir que a

mobilização do atrito lateral e das cargas residuais (µ.Alr+AS), no trecho pseudo-elástico,

ocorre concomitantemente à mobilização das reações dos bulbos e da ponta. O

desenvolvimento desta mobilização ocorre à razão de RS.

Sendo assim, chega-se a seguinte expressão que permite uma estimativa de y

pelo

MDRM:

()

RSd

ASAlr

−

(2.14)

Onde:

(µ.Alr+AS) = resistência mobilizada no início do esgotamento do atrito lateral mais

a resistência residual de apoio (bulbos e ponta).

RS = taxa de desenvolvimento da resistência de apoio dos bulbos e da ponta no

trecho 0-3.

µ = fator de majoração do atrito lateral pela carga residual (P

) presa na ponta da

estaca. Para estacas escavadas, quando se trata do primeiro carregamento,

adota-se µ = 1 (MASSAD, 1992 e 1995; apud. MASSAD & LAZO, 1998).

= recalque correspondente ao início do esgotamento do atrito no topo da estaca.

As equações que definem os trechos de interesse da curva P

– y

, para as estacas

escavadas com bulbos (estacas rígidas), conforme a Figura 2.20, são as seguintes:

Para o trecho 0-3, pseudo-elástico:

000

ydP =

(2.15)

Para o trecho 4-5, de desenvolvimento franco da resistência de ponta,

0210

.yddP +=

(2.16)

Apresentam-se a seguir os procedimentos práticos para aplicação do Método das

Duas Retas Modificado (MDRM) (MARQUES, 2004):

1- Inicialmente deve-se conhecer o módulo de elasticidade da estaca e a sua

rigidez como peça estrutural, facilmente calculado por

⋅

, onde E é o

módulo de elasticidade da estaca, S é a área da seção transversal da estaca e h

é a

altura do fuste da estaca excluída a altura do (s) bulbo (s).

2- Verifica-se a ordem de grandeza dos recalques. É necessário que durante o

carregamento se desenvolva pelo menos uma parte da resistência de apoio

(bulbo+ponta). Em geral, o recalque máximo da prova de carga deve ser de pelo

menos 20mm.

3- Calcula-se o coeficiente angular (d

) e o linear (d

) da reta do trecho 4-5.

4- Determina-se o coeficiente angular (d

) da reta do trecho 0-3.

5- Com os valores de d

e d

, pode-se calcular os termos (RS) e (µAlr+AS), dados

pelas seguintes expressões:

KRSd

111

(2.17)

ASAlr

−

(2.18)

6- Calcula-se µy

, lembrando que µ=1 para o primeiro carregamento em estacas

escavadas.

Para estimativa da carga de trabalho das estacas através do MDRM, deve-se

primeiro adotar um recalque admissível (r

adm

) no topo da estaca e calcular a carga referente

ao r

adm

segundo a fórmula:

topo

yRSASAlrP

adm

.).( ++=

(2.19)

Lembrando que, como as estacas são rígidas, y

topo

≈ y

ponta

= r

adm

De posse do valor de

adm

, pode-se obter a carga de trabalho da estaca através da

aplicação de um fator de segurança (FS) adequado. Logo:

adm

trab

(2.20)

CAPÍTULO 3

CARACTERIZAÇÃO GEOLÓGICO-GEOTÉCNICA DA ÁREA ESTUDADA

3.1. ASPECTOS CLIMATOLÓGICOS DA CIDADE DE MACEIÓ

Maceió, capital do estado de Alagoas, está localizada na porção central do litoral

alagoano, é banhada pelo Oceano Atlântico a leste, e pela Lagoa Mundaú ao sul e a oeste.

Com uma população de aproximadamente 900 mil habitantes, o município apresenta uma

área urbana em torno de 511km

. A topografia plana, mas em níveis diferentes, favorece a

urbanização, principalmente nos tabuleiros, devido à maior disponibilidade de áreas ainda

desabitadas.

Maceió apresenta clima do tipo As’ de acordo com a classificação de Köppen,

enquadrando-se como tropical chuvoso. A temperatura é elevada durante o ano todo, sendo

superior aos 20

C. Existem duas estações bem definidas: a chuvosa, de março a agosto, e a

estação seca, de setembro a fevereiro. A pluviometria anual média é de aproximadamente

1480mm, enquanto que a evapotranspiração potencial anual média é de 1193mm,

concentrando-se no quadrimestre outubro-janeiro, correspondente aos meses mais quentes

do verão (FERREIRA NETO et al., 2004).

O histograma de pluviometria mensal da Figura 3.1 mostra elevada concentração

de chuvas em quatro meses do ano.

Precipitação mensal (mm) no período 1961-1990.

Figura 3.1 – Histograma de pluviometria mensal de Maceió (Fonte: INMET – Instituto

Nacional de Meteorologia)

A umidade relativa do ar atinge o máximo de 82,9% no mês de maio e a mínima de

75,7% no mês de novembro. Os ventos são de sudeste e nordeste, sendo que os de nordeste

ocorrem quase sempre no verão.

FERREIRA NETO et al. (2004) realizaram estudo a partir do balanço hídrico

obtido pelo método de Thornthwaite-Mather (1955), utilizando as médias mensais de

pluviometria, temperatura e evaporação da cidade de Maceió, e chegaram as seguintes

conclusões:

•

Março é, potencialmente, o período de reposição hídrica;

•

Abril a agosto corresponde ao período de excedentes hídricos;

•

Setembro a dezembro corresponde ao período tanto de retirada de água do solo

quanto de deficiência hídrica;

•

O período de janeiro e fevereiro corresponde exclusivamente ao período de

deficiência hídrica.

Figura 3.2 – Balanço hídrico da cidade de Maceió segundo método de Thornthwaite-

Mather (1955) (FERREIRA NETO et al., 2004).

3.2. DESCRIÇÃO DA GEOLOGIA DA REGIÃO

3.2.1. Geologia do Estado de Alagoas

A bacia sedimentar Sergipe-Alagoas, foi recentemente individualizada por FEIJÓ

(1994) devido a diferenças importantes de caráter estrutural e estratigráfico (FEIJÓ &

VIEIRA, 1990; FEIJÓ In FEIJÓ, 1994; apud. SANTOS, 1998).

A Bacia Alagoas ocupa uma faixa costeira alongada de cerca de 220km de

extensão e aproximadamente 40km de largura, tendo como limite norte a Bacia

Pernambuco-Paraíba e ao sul pela Bacia Sergipe.

A Bacia Alagoas assenta sobre rochas do embasamento, e sua história deposicional

tem início no Paleozóico Superior, com a deposição dos clásticos do Grupo Igreja Nova

(Formações Batinga e Aracaré). Sobrejacentes a estas, depositaram-se os clásticos flúvio-

lacustres do Grupo Perucaba (Formações Candeeiro, Bananeiras e Serraria). Acima destas,

estão os sedimentos clásticos e evaporitos do Grupo Coruripe, caracterizados pela rápida

variação de fácies, correspondentes às fases rift e transicional da Bacia Alagoas

(Formações Itiúba, Penedo, Coqueiro Seco, Poção, Ponta Verde e Maceió) (SANTOS,

1998).

Ainda no Cretáceo Inferior ocorreu a primeira transgressão marinha na bacia, com

a deposição de clásticos grossos, evaporitos e carbonatos constituintes do Grupo Sergipe

(Formações Riachuelo e Cotinguiba). Sobrejacentes a este, tem-se o Grupo Piaçabuçu

(Formações Calumbi, Mosqueiro e Marituba), constituídos por clásticos grossos e

carbonatos marinhos neocretácios e terciários, que em Alagoas não são encontrados na

superfície (SANTOS, 1998).

No final do Terciário e início do Quaternário, já em ambiente continental, foram

depositados os clásticos da Formação Barreiras, que serviram de cobertura para o registro

sedimentar.

Por fim, culminando o processo de deposição, a variação do nível do mar e os

agentes de erosão propiciaram e propiciam até hoje o acúmulo de sedimentos marinhos,

fluviais, eólicos e flúvio-lacustres que compõem a planície costeira Quaternária.

3.2.2. Geomorfologia da Cidade de Maceió

O município de Maceió tem seu sítio urbano localizado sobre terrenos sedimentares

neocenozóicos e quaternários. O primeiro corresponde à Formação Barreiras, última

deposição da Bacia Sedimentar Alagoas; e os quaternários resultam da ação marinha,

fluvial e eólica, nos últimos 120.000 anos, originando uma planície litorânea e lagunar

com terraços marinhos e lacustres, cordões arenosos e antigos estuários afogados que dão

origem às lagoas.

Geomorfologicamente, Maceió divide-se em três compartimentos bem

caracterizados. Cada um desses compartimentos distribui-se em níveis topográficos

distintos: o primeiro deles, mais recente, é datado de aproximadamente 5.000 anos A.P.,

corresponde aos depósitos holocênicos com altitude que varia de 3 a 5 metros e estende-se

por todo litoral (região praieira) e margem lagunar.

O segundo nível, com altitude de 8 a 10 metros, corresponde a um terraço

pleistocênico oriundo do penúltimo período glacial ocorrido 120.000 anos A.P.. Neste

nível situa-se o centro comercial da cidade, além de abrigar importantes construções, como

bancos, repartições públicas e o palácio do governo. Foi também neste terraço que surgiu o

engenho que deu origem à cidade.

O terceiro nível possui altitudes que variam de 40 metros na borda das encostas a

mais de 100 metros na Cidade Universitária, no bairro Tabuleiro do Martins, sendo a

declividade média em torno de 3m/km no sentido leste. Trata-se de um baixo planalto

sedimentar, dissecados por cursos d’água que correm em direção ao oceano e à lagoa. As

encostas deste nível quando voltadas para o oceano, recebem a denominação de

paleofalésias ou falésias fósseis, por estarem separadas do oceano pelos depósitos

quaternários.

Este terceiro nível caracteriza-se por ser uma área de expansão da cidade, pelo fato

de apresentar os maiores vazios urbanos, tornando-se mais propícios à ocupação. As

encostas vêm sendo, há bastante tempo, ocupadas desordenadamente pela população de

baixa renda, transformando-as em áreas de risco, o que tem provocado problemas graves

de deslizamento de terra nas épocas chuvosas.

O mapa geológico-geomorfológico da cidade de Maceió e regiões circunvizinhas é

apresentado na Figura 3.3.

Figura 3.3 – Mapa geológico-geomorfológico da região (SANTOS, 1998).

3.2.3. Aspectos Geológicos da Formação Barreiras

A litologia da Formação Barreiras é composta por sedimentos clásticos de origem

continental, idade Plio-Pleistocênica (Terciário-Quaternário), inconsolidados, de cor

amarelo-avermelhada e constituídos por uma alternância de areias, argilas e siltes que

formam, no conjunto, um pacote de espessura variando entre 60 e 130 metros na região

metropolitana de Maceió.

A Formação Barreiras recobre discordantemente as formações mais antigas da

Bacia Alagoas, assim como o embasamento cristalino, de idade precambriana, situado a

noroeste, fora da área de estudo.

Na maior parte da área estudada, abaixo da Formação Barreiras, ocorrem areias

grossas de cor cinza e sub-arredondadas da Formação Marituba, com profundidades

variáveis de 60 a 130 metros. Ao norte da área, a Formação Barreiras está sobreposta aos

sedimentos conglomeráticos da Formação Poção (SANTOS et al., 2004).

Tectonicamente a bacia é separada do embasamento cristalino através de um

sistema de falhas de gravidade de direção preferencial nordeste e marcada por eventos de

“rifteamentos” (fissuramento) ocorridos durante a separação dos continentes americano e

africano, a partir do Cretáceo Inferior, resultando na formação de “grabens”, que mostram

escalonamento no sentido do oceano (SANTOS et al., 2004).

A análise da descrição litológica de relatórios de empresas que executam poços

artesianos na região permitiu estabelecer a profundidade do contato entre a Formação

Barreiras e as unidades litoestratigráficas sotopostas, Formação Poção e Formação

Marituba.

Observa-se na superfície de contato entre as unidades um imenso quebramento, que

reflete a fase “rift” que ocorreu na bacia desde o estágio inicial da separação dos

continentes, originando blocos separados por falhas de gravidade e escalonados no sentido

sul/sudeste.

A parte norte da cidade mostra a maior destas falhas, com direção coincidente com

os falhamentos de borda ou de limite da bacia com o embasamento cristalino. Esta falha

pode ser verificada quando se observa a grande depressão topográfica no Distrito

Industrial Gov. Luiz Cavalcante, com desnível acima dos 20 metros de altura (SANTOS et

al., 2004).

3.3. LOCAIS ESTUDADOS

Esta pesquisa foi realizada em dois locais de estudos, ambos localizados na

Formação Barreiras de Maceió. A Área I concentrou os trabalhos no campus da

Universidade Federal de Alagoas – UFAL, localizado no bairro Cidade Universitária.

Neste local, o objetivo foi realizar trabalhos de investigação de campo e ensaios de

laboratórios visando a caracterização geotécnica de um perfil representativo da Formação

Barreiras da região. A escolha deste local teve o objetivo de desenvolver um campo

experimental de geotecnia e fundações no campus.

A ÁREA II refere-se ao local onde foram realizados 04 ensaios de provas de carga

estática em estacas escavadas com bulbos, que serviram como base para o estudo da

capacidade de carga dessas estacas nos solos da Formação Barreiras. A área é um canteiro

de obras localizado no bairro Gruta de Lurdes, onde serão construídos seis edifícios

residenciais (Blocos A a F), cada um composto de 1 pavimento térreo mais 10 pavimentos-

tipo. As estacas ensaiadas fazem parte das fundações destes edifícios.

Figura 3.4 – Mapa da cidade de Maceió com indicação dos locais de estudo.

ÁREA I

ÁREA II

3.4. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO PERFIL ESTUDADO NO CAMPUS

DA UFAL

A caracterização geotécnica consistiu em ensaios de campo e laboratório. As

investigações geotécnicas de campo consistiram de sondagens à percussão com SPT,

coleta de amostras deformadas (sacos) e indeformadas (blocos) através de um poço de

investigação executado até 9,50m de profundidade e determinação de perfis de umidade.

Os ensaios de laboratório foram realizados no Laboratório de Geotecnia e

Instrumentação da UFPE. A partir das amostras deformadas foram realizados os ensaios de

caracterização (granulometria, limites de consistência e densidade dos grãos) e

mineralogia, enquanto que dos blocos extraiu-se corpos de prova para realização dos

ensaios de cisalhamento direto convencional (com e sem inundação), ensaios de sucção e

edométricos duplos.

A Figura 3.5 apresenta a locação dos trabalhos de campo realizados no campus da

UFAL.

3.4.1. Investigação de Campo

3.4.1.1. Sondagens a Percussão com SPT

Foram executados 04 furos de sondagem com SPT, sendo 02 furos no mês de

janeiro de 2005 (estação seca) e outros 02 em agosto (fim da estação chuvosa) do mesmo

ano. A Figura 3.6 apresenta o perfil geotécnico do solo estudado, indicando os valores

médios de N

SPT

obtidos na época seca e no fim da época chuvosa.

FORUM

GUARITA

CAIC

HOSPITAL

GINÁSIO

PISCINA

CJur

CAMPO

FUTEBOL

REITORIA

CSAU

CENTRAL

BIBLIOTECA

GEOCIÊNCIAS

CAMPO

ATLETISMO

S. SOCIAL

R. U.

CEDU

MAT.

FÍSICA

CCSA

QUÍM.

NDI

COS

NPT

CTEC

CHLA

RAMPA

LAB. ELET.

UNIVERSITÁRIO

BR 101

COS

CTEC

LAB. ELETROTÉCNICA

SP-01

CASA

RN = 0,00 (Piso CTEC)

SP-04

SP-02

SP-03

ST-01

Figura 3.5 – Localização dos trabalhos de campo realizados na UFAL.

0 5 10 15 20 25 30

Perfil do solo

Profundidade (m)

Argila areno-

siltosa,

cor creme claro

Areia argilosa,

com concreções

ferruginosas

Areia fina a média,

argilosa, cor

variegada

Argila, pouco

arenosa,

cores roxa e

variegada

0 10203040

SPT

SPT médio - P.

Chuvoso

SPT médio - P.

Seco

Figura 3.6 – Perfil geotécnico e valores médios do N

SPT

medidos em diferentes épocas do

ano.

Observa-se uma camada de argila arenosa, com silte, cor creme, até a profundidade

aproximada de 4,5m. Nesta camada, o N

SPT

médio variou entre 4 e 18 golpes. Subjacente a

esta, tem-se areia fina a média, argilosa, de 4,5 a 8,5m de profundidade, apresentando

cores variegada e ferrugem, e valores de N

SPT

entre 7 e 30 golpes. De 8,5 até 12m,

encontra-se argila pouco arenosa, cor variegada, com N

SPT

superior a 30 golpes.

Vale destacar que entre 5 e 6 metros de profundidade, verifica-se a ocorrência

abundante de concreções ferruginosas, resultado dos processos de oxidação e lixiviação do

ferro.

Analisando os valores do N

SPT

ao longo da profundidade, nota-se uma leve perda

de resistência nos primeiros 4 metros (de 8 para 6 golpes, aproximadamente) na época

chuvosa. Entretanto, o N

SPT

na superfície do terreno, que tinha valor médio de 18 golpes na

época seca, caiu para 4 golpes na época chuvosa.

3.4.1.2. Sondagens a Trado

As sondagens a trado foram executadas com o único objetivo de determinar o perfil

de umidade do subsolo em diferentes épocas do ano. Desta forma, foram determinados os

perfis de umidade nos meses de março (época de estiagem) e agosto (fim do período

chuvoso) de 2005. Os perfis são apresentados na Figura 3.7.

Observa-se que, de um modo geral, as umidades variaram na faixa de 9 a 26% até a

profundidade de 8,50m. As exceções foram encontradas no primeiro metro, em que a

umidade do período chuvoso chegou a aumentar até 83% em relação ao período seco, e na

profundidade de 7,0m, que cresceu cerca de 52%.

Entretanto, são necessárias mais medições de umidade ao longo do ano, por um

período de tempo mais abrangente, para se fazer análises mais seguras e conclusivas da

variação da umidade com a profundidade.

0 102030

Umidade (%)

Mar/05

Ago/05)

Figura 3.7 – Perfis de umidade do solo.

3.4.1.3. Coleta de Amostras Deformadas e Indeformadas

As amostras foram coletadas através do poço de investigação (PI), executado com

seção retangular de 1,60m x 2,10m por 9,50m de profundidade, durante o mês de março de

2005 (estação seca). A profundidade do poço foi definida a partir do perfil de sondagem

realizada anteriormente.

Amostras deformadas foram coletadas a cada metro para realização dos ensaios de

caracterização. O material foi coletado em sacos plásticos com aproximadamente 7kg de

solo. Simultaneamente à coleta, eram retiradas amostras para determinação da umidade do

solo.

As amostras indeformadas consistiram de blocos cúbicos com arestas de 300mm.

Foram coletados nas profundidades de 1,10, 3,10, 5,10, 7,20, 8,40 e 9,20m. Dois blocos

foram retirados em cada profundidade, sendo que apenas um na profundidade de 9,20m,

totalizando 11 blocos indeformados. A escolha das profundidades foi baseada nas

diferentes camadas identificadas nos perfis da sondagem realizada em janeiro de 2005.

A seguir são descritos os procedimentos realizados para coleta dos blocos:

A escavação do poço de investigação foi executada com picareta, enxada e pá.

Quando a escavação se encontrava a 10cm das faces da amostra, o bloco era

moldado com ferramenta afiada, tipo facão e/ou faca “peixeira”;

Talhado o bloco, sem seccioná-lo do fundo do poço, seu topo era identificado com

a marcação de um “T” (topo). O bloco então era envolvido com papel alumínio e

fita adesiva. Posteriormente, envolvia-o com tecido morim, depois fita adesiva

novamente. Então a parafina era aplicada com auxílio de pincel largo;

Feita novamente a identificação no topo do bloco, o mesmo era colocado em uma

caixa cúbica de madeira, com dimensão interna 5cm maior do que o bloco com

parafina. No topo e, posteriormente, no fundo, colocava-se uma placa de isopor

para reduzir os impactos durante o transporte. Os espaços entre as faces do bloco e

a caixa eram preenchidos com serragem fina pouco umedecida;

Após “vestir” o bloco com a caixa de madeira, a base da amostra era separada do

maciço. Virava-se então a caixa e o bloco, com o cuidado de segurar o fundo da

amostra com as mãos. O fundo (base) do bloco era “limpado” com faca para dar o

acabamento final. Repetiam-se os procedimentos de colocação do papel alumínio,

tecido e parafina.

B11

B10B9

B8B7

B6B5

B4B3

B2B1

Prof. (m)

0.00

1.00

2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

10.00

ferruginosas e pedregulhos,

Argila areno-siltosa, cores creme claro

e amarelo, consistência rija a média

Areia fina a média, argilosa, com

ocorrência de concreções

Areia fina a média, argilosa,

cor variegada,

Argila, pouco arenosa, cor

variegada, consistência dura

pouco a medianamente compacta

medianamente compacta

-4.50

-6.50

-9.00

(SPT: 4 a 9)

(SPT: 7 a 14)

(SPT: 15 a 22)

(SPT: >30)

Figura 3.8 – Pontos de extração dos blocos “indeformados”.

Figura 3.9 – Seqüência de coleta dos blocos: a) Moldagem do bloco com utilização de

ferramentas afiadas; b) Aplicação da proteção com papel alumínio, fita adesiva, tecido

morim e parafina; c) Colocação da caixa de madeira; d) Retirada do bloco do fundo da

escavação.

Figura 3.10 – Vista da estrutura montada para execução do poço de investigação (PI).

(a) (b)

(d) (c)

Figura 3.11 – “Sarrilho” utilizado para retirada do material do fundo da escavação.

3.4.2. Ensaios de Laboratório

Para realização dos ensaios de laboratório, foram utilizadas amostras deformadas

(sacos) para os ensaios de caracterização física e mineralógica, e amostras indeformadas

(blocos) para os ensaios de resistência, compressibilidade e sucção.

3.4.2.1. Ensaios de Caracterização Física

Os ensaios de caracterização seguiram as recomendações das normas brasileiras:

NBR 7181/84 para granulometria; NBR 6459/84 para o limite de liquidez e NBR 7180/84

para plasticidade; e NBR 6508/84 para o peso específico dos grãos.

As curvas granulométricas obtidas através dos ensaios com e sem uso de

defloculante são mostradas nas Figuras 3.12 e 3.13, respectivamente. Nas Tabelas 3.1 e 3.2

são apresentados os resultados dos ensaios de caracterização.

Figura 3.12 – Curvas granulométricas com uso de defloculante.

Figura 3.13 – Curvas granulométricas sem uso de defloculante.

Composição Granulométrica ABNT

100

0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000

Diametro dos grãos (mm)

(%) que passa

1,10m

2,10m

3,10m

4,10m

5,10m

6,10m

7,20m

8,50m

9,50m

ARGILA

d < 0,005

SILTE

0.005< d <0.05

AREIA FINA

0.05< d <0.42

AREIA

MÉDIA

AR.

GROS.

PEDREGULHO

d > 4.76

ompos

ranu

ét

ABNT

100

0.001 0.010 0.100 1.000 10.000 100.000

Diametro dos

rãos

(

)

(%) que passa

1,10m

2,10m

3,10m

4,10m

5,10m

6,10m

7,20m

8,50m

9,50m

ARGILA

d < 0,005

SILTE

0.005< d <0.05

AREIA FINA

0.05< d <0.42

AR.

GROS.

PEDREGULHO

d > 4.76

AREIA

MÉDIA

Figura 3.14 – Carta de Plasticidade do perfil estudado.

Figura 3.15 – Índice de atividade de Skempton.

Tabela 3.1 – Resumo dos resultados dos ensaios de caracterização realizados com defloculante.

Composição Granulométrica* (%) - ABNT

Areia

Limites de

Atterberg (%)

Prof.

(m)

(kN/m3)

Pass.

#200

Argila Silte

fina média grossa

Pedreg.

LL IP

SUCS

Índice de

atividade

(Ia)

1,10 26,32 64 55 8 23 14 0 0 48 20 ML 0,40

2,10 26,25 70 46 17 25 12 0 0 48 17

0,40

3,10 26,14 74 55 13 21 11 0 0 49 19

0,39

4,10 26,28 63 42 13 25 10 3 7 44 16

0,41

5,10 26,14 57 33 17 28 13 0 9 39 13

0,42

6,10 26,46 59 37 16 27 13 0 7 40 13

0,39

7,20 26,21 44 25 10 40 24 1 0 34 12 SC 0,52

8,40 26,18 30 21 3 24 43 5 4 36 12 SC 0,67

9,50 26,80 84 67 11 15 7 0 0 49 19 ML 0,32

Tabela 3.2 – Resumo dos resultados dos ensaios de caracterização realizados sem defloculante.

Composição Granulométrica* (%) - ABNT

Areia

Prof.

(m)

(kN/m3)

% Pass.

#200

Argila Silte

fina média grossa

Pedreg.

Relação

(Arg.SD/

Arg.CD)

(%)

SUCS

1,10 26,32 63 5 42 38 15 0 0 9 ML

2,10 26,25 61 0 39 49 12 0 0 0 ML

3,10 26,14 70 14 48 27 11 0 0 25 ML

4,10 26,28 60 0 45 35 10 3 7

5,10 26,14 50 0 34 44 13 0 9

6,10 26,46 56 0 32 48 13 0 7

7,20 26,21 39 0 23 48 28 1 0

8,40 26,18 29 0 15 36 40 5 4

9,50 26,80 81 0 37 54 9 0 0

020406080100

Distribuição de partículas (%)

(com defloculante)

Argila

Silte

Areia

0 20406080100

Distribuição de partículas (%)

(sem defloculante)

Argila

Silte

Areia

0 1020304050

nat

, w

(%)

wnat (Março/05)

Wnat (Ago/05)

0,0 0,3 0,5 0,8 1,0 1,3 1,5

10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0

(kN/m3)

Figura 3.16 – Resumo da caracterização física do perfil de solo estudado.

Através das curvas com defloculante, foram identificadas quatro camadas

distintas: de 0 a 5,0m, tem-se predominância de argila (42 a 55%), seguido por areia

(32 a 37%) e silte (8 a 17%); de 5,0 a 7,0m, os percentuais são próximos de areia (40

a 41%), e argila (33 a 37%), seguidos por silte (16 a 17%) e pedregulho (7 a 9%); de

7,0 a 9,0m, o solo apresenta maior percentual de areia (65 a 72%), depois argila (21 a

25%) e silte (3 a 10%); a partir de 9,0m, encontrou-se predominância de argila (67%),

areia (22%) e silte (11%).

Vale ressaltar que o pedregulho encontrado na camada de 5 a 7 metros, na

realidade, é composto em parte por seixos e, na maioria, por concreções ferruginosas

provenientes dos processos de oxidação e lixiviação do ferro.

As curvas granulométricas determinadas com e sem uso de defloculante

apresentaram grande variação dos percentuais de argila e silte. Nos ensaios sem

defloculante, praticamente não houve percentual de argila, com exceção de 5% a

1,10m e 14% a 3,10m. A explicação para este fato é que as partículas de argila estão

unidas entre si, formando grumos, ou se encontram aderidas aos grãos de areia.

Segundo o Sistema de Classificação Unificada de Solos (SUCS), as amostras

foram enquadradas no grupo ML, como silte de baixa plasticidade, com exceção para

o intervalo entre 7,0 e 8,5m de profundidade, que foi classificado como SC, areia

argilosa. O índice de atividade de Skempton encontrado em todas as amostras foi

inferior a 0,75, sendo o solo classificado como inativo. Trata-se de um indício da

ausência de minerais argílicos do tipo expansivos.

3.4.2.2. Ensaios de Sucção através da Técnica do Papel Filtro

A utilização desta técnica consistiu em colocar um pedaço de papel filtro em

contato direto com uma amostra “indeformada” de solo até que seja atingido o

equilíbrio de sucção mátrica entre o papel e o solo. O papel filtro utilizado foi o

Whatman n

. 42 e a sucção mátrica foi obtida através das curvas de calibração

propostas por CHANDLER et al. (1992):

%4710)(

)log.48,205,6(

−

wkPaS (3.1)

%4710)(

).0622,084,4(

≤=

−

wkPaS (3.2)

Os procedimentos preliminares incluíram a determinação dos índices físicos

iniciais das amostras (teor de umidade, pesos específicos, grau de saturação, índice de

vazios). Após a colocação dos papéis, o conjunto (papel filtro e amostra) era

envolvido com papel filme plástico de PVC, de forma a garantir que o fluxo ocorresse

somente entre o solo e o papel, sem interferência do ambiente externo. O tempo de

equalização adotado variou entre 7 e 10 dias. Após alcançado o equilíbrio, os papéis

úmidos eram rapidamente pesados e colocados em estufa com temperatura de 105

Testes realizados indicaram que 2 horas na estufa eram suficientes para secar os

papéis filtro. Os pontos das curvas características foram determinados seguindo a

trajetória de secagem

Para o perfil de subsolo estudado, foram determinadas cinco curvas

características, nas profundidades de 1,10, 3,10, 5,10, 7,20 e 8,40m, como mostra a

Figura 3.17.

As curvas características apresentam formato de “sela”, que sugere um

comportamento intermediário entre areia e argila, dependendo do nível de sucção

aplicado. O formato das curvas indica três trechos distintos. Inicialmente o solo

apresenta um primeiro ponto de entrada de ar, provavelmente em torno de 3kPa, que

corresponde ao início da dessaturação da macroestrutura do solo (macroporos).

Depois observa-se claramente um patamar onde o grau de saturação praticamente não

varia e a sucção varia de 10kPa a 7.000kPa, aproximadamente. Por último, as curvas

apresentam um segundo valor de entrada de ar, em torno de 9.000kPa, devido à perda

de água da microestrutura do solo (microporos).

100

1 10 100 1000 10000 100000

Sucção Mátrica (kPa)

Grau de saturação (%

)

1,10m

3.10m

5,10m

7,20m

8,40m

Figura 3.17 – Curvas características do solo.

A existência de um patamar praticamente horizontal nestas curvas significa

que em determinado trecho de umidade, pequenas variações de umidade provocam

grandes variações de sucção. Os teores de umidade medidos em campo se encontram

justamente no trecho correspondente a este patamar.

Verifica-se que as curvas características são típicas de solos tropicais, com

uma distribuição de poros não homogênea, ou seja, bimodal. CAMAPUM DE

CARVALHO & LEROUEIL (2004), dizem que a distribuição bimodal de poros nos

solos tropicais é devido ao intemperismo e a acidez, que são responsáveis pela

formação de agregações de partículas cimentadas ou por óxidos e hidróxidos de

alumínio e/ou ferro, que por sua vez se ligam umas às outras, seja por estes mesmos

cimentos ou por pontes de argila.

3.4.2.3. Ensaios de Cisalhamento Direto

Os ensaios de cisalhamento direto foram realizados em corpos de prova de

seção quadrada, com 10,16cm de lado e 3,70cm de altura. Foram ensaiadas amostras

das profundidades de 1,10, 3,10, 5,10, 7,20 e 8,40m, nas condições de umidade

natural (CDN) e inundada (CDI). Foram aplicadas tensões normais de consolidação

de 50, 100, 150 e 200kPa, e em alguns ensaios também aplicaram-se tensões de

25kPa.

Os ensaios executados foram do tipo consolidado drenado (CD), em que a

tensão normal foi aplicada e mantida até a estabilização das deformações verticais

(consolidação), para depois iniciar o cisalhamento do solo. A velocidade de

deslocamento aplicada foi de 0,009mm/min.

Na Tabela 3.3 são mostrados as condições dos corpos de prova e os

parâmetros de resistência obtidos dos ensaios CDN e CDI. As curvas tensão

cisalhante (τ) versus deformação específιca horizontal (ε), e variação de altura (∆h)

versus deformação específica horizontal (ε) são mostradas nas Figuras 3.18 a 3.22.

CDN - Prof.: 1,10 m

120

150

180

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Tensão cisalhante (kPa)

25 kPa 50 kPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDI - Prof.: 1,10 m

120

150

180

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Tensão cisalhante (kPa)

50 KPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDN - Prof.: 1,10 m

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Variação de Altura

, ∆

h (mm)

25 kPa 50 kPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDI - Prof.: 1,10 m

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Variação da Altura,

∆

(mm)

50 KPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

Figura 3.18 – Resultados dos ensaios de cisalhamento direto com amostras da profundidade de 1,10m.

CDN - Prof.: 3,10m

120

150

180

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Tensão cisalhante (kPa)

25 kPa 50 kPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDI - Prof.: 3,10m

120

150

180

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Tensão cisalhante (kPa)

50 KPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDN - Prof.: 3,10m

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Variação de Altura

, ∆

(mm)

25 kPa 50 kPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDI - Prof.: 3,10m

-3,0

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

∆

50 KPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

Figura 3.19 – Resultados dos ensaios de cisalhamento direto com amostras da profundidade de 3,10m.

CDN - Prof.: 5,10m

120

150

180

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Tensão cisalhante (kPa)

25 kPa 50 kPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDI - Prof.: 5,10m

120

150

180

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Tensão cisalhante (kPa)

50 KPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDN - Prof.: 5,10m

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Variação de Altura,

∆

(mm)

25 kPa 50 kPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDI - Prof.: 5,10m

-3,0

-2,0

-1,0

0,0

1,0

2,0

3,0

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Variação da Altura,

∆

h (mm)

50 KPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

Figura 3.20 – Resultados dos ensaios de cisalhamento direto com amostras da profundidade de 5,10m.

CDN - Prof.: 7,20m

120

150

180

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Tensão cisalhante (kPa)

50 KPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDI - Prof.: 7,20m

120

150

180

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Tensão cisalhante (kPa)

25 kPa 50 kPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDN - Prof.: 7,20m

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Variação da Altura

∆

h (mm)

50 KPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDI - Prof.: 7,20m

-2,5

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Variação da Altura,

∆

h (mm)

25 kPa 50 kPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

Figura 3.21 – Resultados dos ensaios de cisalhamento direto com amostras da profundidade de 7,20m.

CDN - Prof.: 8,40m

120

150

180

210

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Tensão cisalhante (kPa)

50 KPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDI - Prof.: 8,40m

120

150

180

210

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Tensão cisalhante (kPa)

50 KPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDN - Prof.: 8,40m

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Variação de Altura

, ∆

(mm)

50 KPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

CDI - Prof.: 8,40m

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

0 5 10 15 20

Deformação Específica,

(%)

Variação da Altura,

∆

h (mm)

50 kPa 100 kPa 150 kPa 200 kPa

Figura 3.22 – Resultados dos ensaios de cisalhamento direto com amostras da profundidade de 8,40m.

Tabela 3.3 – Condições iniciais e finais dos corpos de prova dos ensaios CDN e CDI.

AMOSTRA NA UMIDADE NATURAL (CDN) AMOSTRA INUNDADA (CDI)

Prof. (m)

(kN/m

)

(%)

(kPa)

(

)

(%)

(kPa)

(

)

1,10-1,40 14,75 1,118 20,1 45,7 19,1 42,7 9,76 31,2 19,7 42,7 33,1 71,8 0 31,9

3,10-3,40 15,35 1,071 21,9 57,4 21,8 57,2 15,75 27,2 20,4 53,3 34,8 91,0 0 30,0

5,10-5,40 18,14 0,729 16,5 48,8 16,0 47,8 17,18 31,6 14,9 42,8 30,4 87,4 0 31,8

7,20-7,50 18,36 0,574 10,1 40,5 9,7 39,3 7,25 32,7 15,5 62,8 23,0 93,2 0 34,9

8,40-8,70 17,93 0,632 11,9 50,5 11,7 49,9 21,65 36,1 10,2 44,3 20,0 86,9 1,64 27,9

Com relação ao comportamento tensão-deformação observado nos ensaios CDN,

nota-se que para os níveis de tensão normal até 50kPa, aparecem nas curvas resistências de

pico, acompanhadas de dilatância (aumento de volume da amostra). Enquanto que nos

ensaios inundados (CDI), este comportamento foi observado apenas nas amostras de

8,40m, para as tensões confinantes de 50 e 100kPa.

O aparecimento de resistências de pico acompanhadas de aumento de volume das

amostras (dilatância), para níveis baixos de tensões, é característico de solos estruturados

(com cimentação), fato este que confere ao solo um comportamento de “falso” sobre-

adensamento (similar ao observado em solos pré-adensados). Tal comportamento também

é influenciado pela sucção do solo.

As Figuras 3.23 a 3.27 apresentam as envoltórias de resistência de Morh-Coulomb

dos CDN e CDI para as diferentes profundidades estudadas.

Analisando as envoltórias, observou-se que em praticamente todos os ensaios

inundados, o solo perdeu a coesão aparente que apresentou nos ensaios na umidade

natural. Por outro lado, o ângulo de atrito praticamente não variou para as amostras de 1,10

e 5,10m. Quando inundado, o solo sofreu ligeiro aumento de 7 e 10% nas amostras de 7,20

e 3,10m, respectivamente. A exceção foi a amostra de 8,40m, em que o ângulo de atrito

interno diminuiu 23%.

CDI

y = 0.6225x

= 0.9839

= 31,9

; c = 0

CDN

y = 0,606x + 9,7579

= 0,9912

= 31,2

; c = 9,76 kPa

100

120

140

160

180

0 50 100 150 200 250

Tensão Normal (kPa)

Tensão Cisalhante (kPa)

CDI

CDN

Linear (CDI)

Linear (CDN)

CDN x CDI - Prof.: 1,10m

Figura 3.23 – Envoltórias de resistência da amostra de 1,10m.

CDI

y = 0.5762x

= 0.9846

= 30,0

; c = 0

CDN

y = 0,5131x + 15,748

= 0,9824

= 27,2

; c = 15,75 kPa

100

120

140

160

0 50 100 150 200 250

Tensão Normal (kPa)

Tensão Cisalhante (kPa)

CDI

CDN

Linear (CDI)

Linear (CDN)

CDN x CDI - Prof.: 3,10m

Figura 3.24 – Envoltórias de resistência da amostra de 3,10m.

CDI

y = 0.6207x

= 0.9994

= 31,8

; c = 0

CDN

y = 0.6147x + 17.182

= 0.9907

= 31,6

; c = 17,18 kPa

100

120

140

160

180

0 50 100 150 200 250

Tensão Normal (kPa)

Tensão Cisalhante (kPa)

CDI

CDN

Linear (CDI)

Linear (CDN)

CDN x CDI - Prof.: 5,10m

Figura 3.25 – Envoltórias de resistência da amostra de 5,10m.

CDI

y = 0.6967x

= 0.9952

= 34,9

; c = 0

CDN

y = 0.6414x + 7.2506

= 0.9935

= 32,7

; c = 7,25 kPa

100

120

140

160

180

0 50 100 150 200 250

Tensão Normal (kPa)

Tensão Cisalhante (kPa)

CDI

CDN

Linear (CDI)

Linear (CDN)

CDN x CDI - Prof.: 7,20m

Figura 3.26 – Envoltórias de resistência da amostra de 7,20m.

CDI

y = 0.5302x + 1.6386

= 0.9577

= 27,9

; c = 1,64 kPa

CDN

y = 0.7284x + 21.648

= 0.9566

= 36,1

; c = 21,65 kPa

100

120

140

160

180

200

0 50 100 150 200 250

Tensão Normal (kPa)

Tensão Cisalhante (kPa)

CDI

CDN

Linear (CDI)

Linear (CDN)

CDN x CDI - Prof.: 8,40m

Figura 3.27 – Envoltórias de resistência da amostra de 8,40m.

3.4.2.4. Ensaios Edométricos Duplos

Os ensaios edométricos foram realizados com o solo na umidade natural (EDN) e

com inundação prévia do corpo de prova (EDI). Neste último, o CP era inundado sob

pequena tensão confinante de 0,8kPa. Os corpos de prova tinham 8,75cm de diâmetro e

2,00cm de altura. As Figuras 3.28 a 3.33 mostram as curvas de adensamento “pressão (esc.

log) x índices de vazios” dos ensaios EDN e EDI.

Prof.: 1,10m

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 10000.0

Tensão Vertical de Consolidação (kPa)

Índice de vazios

Inundado

Natural

Figura 3.28 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos com amostras da

profundidade de 1,10m.

Prof.: 3,10m

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 10000.0

Tensão Vertical de Consolidação (kPa)

Índice de vazios

Inundado

Natural

Figura 3.29 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos com amostras da

profundidade de 3,10m.

Prof.: 5,10m

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 10000.0

Tensão Vertical de Consolidação (kPa)

Índice de vazios

Inundado

Natural

Figura 3.30 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos com amostras da

profundidade de 5,10m.

Prof.: 7,20m

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0 10000.0

Tensão Vertical de Consolidação (kPa)

Índice de vazios

Inundado

Natural

Figura 3.31 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos com amostras da

profundidade de 7,20m.

Prof.: 8,40m

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

0.100 1.000 10.000 100.000 1000.000 10000.000

Tensão Vertical de Consolidação (kPa)

Índice de vazios

Inundado

Natural

Figura 3.32 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos com amostras da

profundidade de 8,40m.

Prof.: 9,20m

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

1.10

1.20

1.30

0.100 1.000 10.000 100.000 1000.000 10000.000

Tensão Vertical de Consolidação (kPa)

Índice de vazios

Inundado

Natural

Figura 3.33 – Pares de curvas dos ensaios edométricos duplos com amostras da

profundidade de 9,20m.

EDN

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

0,1 1,0 10,0 100,0 1000,0 10000,0

Tensão Vertical de Consolidação (kPa)

Índice de vazios

1,10m

3,10m

5,10m

7,20m

8,40m

9,50m

Figura 3.34 – Curvas tensão (esc. log) versus índices de vazios dos ensaios edométricos

com amostra na umidade natural.

EDI

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

1,10

1,20

1,30

1,40

0,1 1,0 10,0 100,0 1000,0 10000,0

Tensão Vertical de Consolidação (kPa)

Índice de vazios

1,10m

3,10m

5,10m

7,20m

8,40m

9,50m

Figura 3.35 – Curvas tensão (esc. log) versus índices de vazios dos ensaios edométricos

com amostra previamente inundada.

Na Tabela 3.4 é apresentado o resumo dos ensaios edométricos EDN e EDI, assim

como os parâmetros de compressibilidade das diferentes camadas. As tensões de pré-

adensamento foram determinadas a partir do Método de Casagrande.

Tabela 3.4 – Resumo dos ensaios edométricos duplos.

ENSAIO EDOMÉTRICO NA UMIDADE NATURAL – EDN

Condições Iniciais e Finais do CP

Parâmetros de

Compressibilidade

Prof.

(m)

(%)

(kPa)

1,10 1,262 19,6 40,8 1,050 17,8 44,7 400 0,53 0,03

3,10 1,066 21,1 51,6 0,793 18,5 60,8 500 0,43 0,02

5,10 0,829 16,0 50,6 0,605 13,9 60,2 N/D N/D 0,02

7,20 0,798 10,5 34,5 0,651 6,25 25,2 N/D N/D 0,02

8,40 0,624 10,8 45,4 0,454 16,5 94,9 N/D N/D 0,02

9,50 0,571 16,7 78,3 0,492 15,6 84,9 N/D N/D 0,02

ENSAIO EDOMÉTRICO INUNDADO – EDI

Condições Iniciais e Finais do CP

Parâmetros de

Compressibilidade

Prof.

(m)

(%)

(kPa)

1,10 1,172 18,5 41,5 0,607 24,4 100,0 75 0,44 0,03

3,10 1,038 20,4 51,4 0,496 24,9 100,0 90 0,39 0,02

5,10 0,975 15,8 42,2 0,570 21,9 100,0 160 0,33 0,02

7,20 0,811 10,1 32,6 0,429 16,9 100,0 200 0,24 0,02

8,40 0,769 11,5 39,0 0,323 16,7 100,0 N/D 0,25 0,03

9,50 0,630 16,5 70,3 0,501 21,9 100,0 N/D N/D N/D

Obs.: N/D = não determinado.

Na maioria dos ensaios edométricos na umidade natural (EDN), as tensões

máximas atingidas nos ensaios não foram suficientes para revelar o trecho nítido da reta

virgem, impossibilitando assim a determinação das tensões de pré-adensamento (σ

) e

índice de compressão (C

). As exceções foram as curvas das amostras de 1,10 e 3,10m.

Contudo, a partir da análise das curvas de adensamento das amostras de 5,10, 7,20, 8,40 e

9,50m, é possível estimar que a tensão de pré-adensamento dessas amostras seja superior a

1.000kPa.

A análise comparativa das curvas de adensamento dos ensaios EDI e EDN,

evidencia claramente a maior rigidez dos solos não saturados, mostrando a influência da

inundação no aumento das deformações apresentadas pelas amostras inundadas. Isto

ocorre devido à perda da sucção com saturação.

Comparando os resultados dos índices de compressão (C

), nota-se a tendência de

diminuição da compressibilidade com a profundidade em ambos os ensaios (EDN e EDI),

chegando praticamente a não mais variar a partir dos 7,20m. Os índices de recompressão

), contudo, praticamente não variaram ao longo da profundidade, fato este também

percebido nos dois ensaios.

Os baixos valores dos índices de recompressão (0,02 e 0,03) são típicos de solos

evoluídos (intemperizados), que não apresentam recuperação das deformações sofridas, e

corresponde a mudanças nas características estruturais e da própria textura do solo devido

à quebra dos agregados (CARDOSO, 1995; apud. GUIMARÃES, 2003).

A razão de pré-adensamento (OCR) apresenta valores maiores, da ordem de 4, para

a camada próxima à superfície (prof. 1,10m) e decresce com a profundidade, apresentando

valores inferiores a 2. Este valor superior para os solos mais superficiais provavelmente é

devido ao intenso efeito do umedecimento e ressecamento sazonal que atinge as primeiras

camadas.

3.4.2.5. Ensaios de Caracterização Mineralógica

Os ensaios mineralógicos consistiram da realização de Difratometria de Raio-X

(DRX) das partículas finas (menores que 0,062mm) e da Análise Morfoscópica da fração

grossa do solo. A Difratometria de Raio-X foi realizada no Departamento de Física da

UFPE, enquanto que a análise morfoscópica foi feita no Departamento de Geologia da

mesma instituição.

Difratometria de Raio-X (DRX)

Para realização deste ensaio, utilizou-se 20g de cada amostra, na fração menor que

0,062mm, que precisaram ser desagregadas no almofariz e em seguida dispostas nas

lâminas delgadas do difratômetro. O equipamento utilizado foi um difratômetro modelo

SIEMENS D 5000, que realizou uma varredura de 2º a 45º, em todas as amostras.

Para interpretação dos difratogramas, o difratômetro dispõe de um banco de dados

contendo informações composicionais e das estruturas cristalinas das variadas espécimes

minerais, e utiliza os padrões difratométricos destes espécimes para serem comparados

com os difratogramas gerados durante os ensaios.

A partir dos ensaios realizados chegou-se aos seguintes resultados:

Tabela 3.5 – Resumo dos resultados da análise de Difratometria de Raio-X.

Amostra

Profundidade

(m)

Resultado do DRX

A-01 1,10

A-03 3,10

A-05 5,10

A-07 7,20

Composição essencialmente de Caolinita,

(Al

(OH)

), e de Quartzo (SiO

A-08 8,40

A-09 9,20

Composição de Caolinita, (Al

(OH)

);

Quartzo (SiO

); e, em menor proporção, Ilita

(KSi

(OH)

Análise Morfoscópica dos Grãos

Para analisar morfoscopicamente partículas sedimentares, observa-se o grau de

arredondamento, o grau de esfericidade e a textura superficial dos grãos. Comumente para

este procedimento se faz necessária a seleção das frações areno-quartzosas mediante

peneiramento e eliminando-se os carbonatos, se for o caso. Contudo para este trabalho, foi

analisada a amostra total, sem fracionamento das partes, utilizando uma lupa binocular

modelo COLEMAN n

. 963063, com aumento gradual de 10 até 40 vezes.

As análises morfoscópicas dos grãos das amostras selecionadas revelaram os

seguintes resultados mostrados na Tabela 3.6.

Tabela 3.6 – Resumo dos resultados das análises morfoscópicas dos grãos.

Amostra

Prof.

(m)

Análise Morfoscópica dos Grãos

A-01 1,10

Predominância de material muito fino nas frações silte e argila; e por grãos de quartzos

hialinos, em frações bem variadas. Os grãos são subangulosos e mostram alto grau de

esfericidade, sendo alguns superficialmente brilhantes. Os grãos das frações silte e argila

são compostos de caolinita e quartzo (conforme difratometria), a coloração é laranja

pálido, devido à coloração da caolinita. Foram observados grãos lenhosos de coloração

preta com brilho fosco (prováveis restos de matéria orgânica).

A-03 3,10

É composta por alguns grãos de quartzo hialinos e leitosos em frações variadas,

brilhantes, subangulosos e alta esfericidade, comumente com argilas aderidas nas suas

superfícies. Os grãos são predominantemente nas frações silte e argila, compostos por

caolinita e quartzo (conforme padrão difratométrico). A caolinita apresenta coloração

amarelada a laranjada, que corresponde a cor da amostra. Grumos de argila são muito

comuns nesta amostra.

A-05 5,10

É composta por alguns poucos grãos de quartzos leitosos em frações variadas, sendo

estes brilhantes, subangulosos e com esfericidade média, comumente com argilas

aderidas nas suas superfícies. Os grãos nas frações silte e argila são compostos por

caolinita e quartzo. Nesta amostra a caolinita apresenta coloração laranja, sendo que

alguns agregados de argila têm coloração vinho e marrom.

A-07 7,20

É composta por um material muito fino nas frações silte e argila; e por alguns grãos de

quartzos hialinos, em frações bem variadas, subangulosos com alto grau de esfericidade.

Os grãos nas frações silte e argila são compostos por caolinita e quartzo (conforme

padrão difratométrico). A coloração da amostra é bege a amarelo pálido, sendo que

alguns agregados de argila têm coloração laranja escuro.

A-08 8,40

É composta por grãos de quartzos hialinos e leitosos em frações bem variadas,

brilhantes, subangulosos e alta esfericidade, comumente com argilas aderidas em suas

superfícies. Os grãos nas frações silte e argila são compostos por caolinita, quartzo e

alguma ilita (conforme padrão difratométrico). A coloração da amostra é avermelhada a

laranjada.

A-09 9,20

Predominância de material muito fino nas frações silte e argila; e por alguns grãos de

quartzos hialinos, em frações bem variadas, subangulosos com alto grau de esfericidade,

sendo alguns superficialmente brilhantes, comumente com argilas aderidas em suas

superfícies. Os grãos nas frações silte e argila são compostos por caolinita, quartzo e

ilita (conforme padrão difratométrico). Nesta amostra as argilas apresentam coloração

laranja, sendo que alguns agregados de argila têm coloração vinho e marrom.

CAPÍTULO 4

PROVAS DE CARGA EM ESTACAS ESCAVADAS COM BULBOS

4.1. INTRODUÇÃO

Para realização do estudo da capacidade de carga das estacas escavadas com

bulbos, nos solos não saturados da Formação Barreiras, foram utilizados quatro ensaios de

prova de carga estática, do tipo lento (SML), realizados em estacas de fundações de

edifícios residenciais de uma obra localizada no bairro Gruta de Lurdes, na cidade de

Maceió.

Nesta obra serão construídos 06 edifícios residenciais (Blocos A a F), cada um

composto de 01 pavimento térreo mais 10 pavimentos-tipo. Em cada edifício serão

executadas 02 provas de carga, totalizando 12 ensaios. No momento atual estão sendo

construídos 02 dos 06 edifícios previstos, cujas provas de carga são a base dos estudos

deste trabalho.

A caracterização geotécnica deste terreno foi composta de sondagens a percussão

com SPT, coleta de amostras deformadas para realização de ensaios de caracterização em

laboratório e determinação do perfil de umidade do solo na época da realização das provas

de carga. As amostras deformadas foram coletadas através de trado mecanizado, até a

profundidade de 7,0 metros, para realização de ensaios de granulometria com e sem

defloculante, limites de consistência e determinação do perfil de umidade do solo. O

objetivo desta campanha de ensaios foi o de comparar os resultados com os obtidos no

campus da UFAL, apresentados no Capítulo 3.

Neste capítulo são apresentados, além dos resultados da caracterização geotécnica

feita no local, os procedimentos de execução das estacas escavadas com bulbos em solos

não saturados da Formação Barreiras. Em seguida, mostram-se os detalhes de projeto das

estacas estudadas e o perfil de sondagem mais próximo de cada uma. Também são

apresentados detalhes da execução das provas de carga realizadas. Por fim, apresentam-se

os trabalhos de extração de uma estaca adicional executada conforme os mesmos

procedimentos das estacas ensaiadas, com a finalidade de se conhecer as características

geométricas das estacas.

A Figura 4.1 apresenta a locação dos trabalhos de campo realizados no canteiro de

obras onde foram realizadas as provas de carga.

SP-08

SP-07

SP-06

SP-05

SP-04

SP-03

SP-02

SP-01

SP-17

SP-16

SP-15

SP-14

SP-13

SP-12

SP-11

SP-10

SP-09

SP-18

SP-19

SP-20

SP-08

SP-07

SP-11

SP-10

SP-09

SP-18

SP-19

SP-20

EST. EXTRAÍDA

P.C.-E3

P.C.-E1

P.C.-E4

P.C.-E2

ST-01

Escala 10m05

LEGENDA:

Sondagem com SPT

Sondagem a trado

Provas de carga

Estaca extraída

Figura 4.1 – Locação dos trabalhos de campo realizados na obra das provas de carga

Figura 4.2 – Canteiro de obras onde foram executadas as estacas-base do estudo.

4.2. CARACTERIZAÇÃO GEOTÉCNICA DO PERFIL DO SUBSOLO DAS

ESTACAS ESTUDADAS

Como já foi dito anteriormente, a caracterização geotécnica foi composta de

sondagens a percussão tipo SPT e ensaios de caracterização em laboratório a partir de

amostras deformadas coletadas através de trado mecanizado (Figuras 4.3 e 4.4). Também

foi determinado o perfil de umidade do solo na época da realização das provas de carga.

Ao todo foram executados 20 furos de sondagem no local, os quais mostraram

semelhanças com relação à classificação do material e valores de SPT das camadas,

contudo a espessura das camadas e a profundidade em que se encontram variaram na

maioria dos furos. Para esta pesquisa, foram priorizados nas análises os furos de sondagem

mais próximos de cada prova de carga, os quais são: SP-10, SP-18, SP-19 e SP-20.

Analisando estes perfis de sondagem, apresentados nas Figuras 4.9 a 4.12, observa-

se uma camada de argila siltosa, cor creme, com espessura variando de 4,5 a 7,0m. Nesta

camada, o N

SPT

médio variou entre 4 e 21 golpes. Subjacente a esta, tem-se uma argila

arenosa, com concreções ferruginosas, com espessura variando entre 2,0 e 3,0m,

apresentando cores variegada e ferrugem, e valores de N

SPT

entre 11 e 20 golpes. Abaixo

desta camada, encontra-se uma areia argilosa, com pedregulho, cor variegada, com N

SPT

superior a 30 golpes.

Para os ensaios de caracterização em laboratório, foram coletadas amostras

deformadas, através de uma peça helicoidal com aproximadamente 10cm de diâmetro e

50cm de comprimento. Com o auxílio do maquinário (perfuratriz) utilizado para execução

das estacas, foi possível coletar amostras a cada metro, até a profundidade de 7,0m.

Figura 4.3 – Trado helicoidal para coletar amostras deformadas.

Figura 4.4 – Coleta de amostras de solo através de trado helicoidal.

A partir do material coletado, determinaram-se o perfil de umidade do solo na

época das provas de carga, as curvas granulométricas e os limites de consistência do solo.

O perfil de umidade durantes os ensaios e os limites de consistência são apresentados na

Figura 4.5.

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

0 102030405060

nat

, W

(%)

Wnat (Jan/06)

WLL

WLP

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

0 5 10 15 20 25 30

W (%)

UFAL (Março/05)

UFAL (Agosto/05)

Local das P.C. (Jan/06)

(a) (b)

Figura 4.5 – Perfis de umidade do solo: (a) umidade natural, limites de liquidez e

plasticidade do local estudado; (b) perfil de umidade do local das provas de carga

comparado com os perfis obtidos no campus da UFAL.

Analisando a Figura 4.5-a, observa-se que o perfil de umidade natural do solo nesta

época do ano (período seco), variou na faixa de 12 a 25%. Nota-se que a umidade cresce

de 16% na superfície do terreno até 25% a 3,0m de profundidade, e decresce até 12% na

profundidade de 7,0m. Comparando o perfil de umidade do local das provas de carga com

os perfis determinados no campus da UFAL nas situações extremas (épocas seca e fim da

chuvosa), observa-se que o perfil estudado apresenta umidades dentro da faixa de variação

observada na UFAL, estando mais próximas dos valores obtidos no período seco, como era

de se esperar.

A verificação das similaridades entre este perfil de subsolo e o estudado no campus

da UFAL permitiu estimar a ordem de grandeza da sucção mátrica durante os ensaios das

provas de carga. Relacionando o perfil de umidade da Figura 4.5-a com as curvas

características (sucção mátrica x grau de saturação) da Figura 3.17 obtidas na UFAL,

estima-se que a sucção mátrica ao longo do perfil situou-se entre 50 e 100kPa.

As curvas granulométricas com e sem uso de defloculante são mostradas nas

Figuras 4.6 e 4.7. As Tabelas 4.1 e 4.2 apresentam um resumo dos resultados dos ensaios

de caracterização realizados.

Composição Granulométrica ABNT

100

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

Diametro dos grãos (mm)

(%) que passa

1,00m

2,00m

3,00m

4,00m

5,00m

6,00m

7,00m

ARGILA

d < 0,005

SILTE

0.005< d <0.05

AREIA FINA

0.05< d <0.42

AR.

GROS.

PEDREGULHO

d > 4.76

AREIA

MÉDIA

Figura 4.6 – Curvas granulométricas com uso de defloculante.

Composição Granulométrica ABNT

100

0,001 0,010 0,100 1,000 10,000 100,000

Diametro dos grãos (mm)

(%) que passa

1,00m

2,00m

3,00m

4,00m

5,00m

6,00m

ARGILA

d < 0,005

SILTE

0.005< d <0.05

AREIA FINA

0.05< d <0.42

AREIA

MÉDIA

AR.

GROS.

PEDREGULHO

d > 4.76

Figura 4.7 – Curvas granulométricas sem uso de defloculante.

Observa-se que os resultados deste perfil com o estudado no campus da UFAL,

nota-se que os dois perfis são bastante semelhantes. As curvas granulométricas com

defloculante mostraram que até 4 metros, o solo é composto predominantemente de argila

arenosa, com pouco silte. De 4 a 7 metros, tem-se areia fina, argilosa, com ocorrência de

pedregulhos e concreções ferruginosas. A ocorrência de concreções ferruginosas em

profundidade, bastante comum neste tipo formação, é resultado da concentração de óxidos

de ferro devido ao processo de lixiviação.

Nas curvas granulométricas sem defloculante, praticamente não houve percentual

de argila. A provável explicação é que as partículas de argila estão unidas entre si,

formando grumos, ou se encontram aderidas aos grãos de areia.

O peso específico dos grãos variou entre 26,2 e 26,6kN/m

nos primeiros 4 metros,

e entre 27,0 e 27,2kN/m

de 5 a 7 metros. O índice de atividade de Skempton apresentou

valores de Ia < 0,42, classificando o solo como inativo.

Tabela 4.1 – Resumo dos resultados dos ensaios de caracterização realizados com defloculante.

Composição Granulométrica* (%) - ABNT

Areia

Limites de

Atterberg (%)

Prof.

(m)

(kN/m3)

Pass.

#200

Argila Silte

fina média grossa

Pedreg.

LL IP

SUCS

Índice de

atividade

(Ia)

1,00 26,21 67 63 5 19 13 0 0 48 19 ML 0,31

2,00 26,60 74 55 8 26 11 0 0 50 22 ML 0,42

3,00 26,32 75 57 13 20 10 0 0 50 20 ML 0,36

4,00 26,60 68 49 13 22 10 1 5 42 13 ML 0,28

5,00 26,95 66 47 5 33 12 1 2 40 14 ML 0,32

6,00 27,21 61 46 9 32 12 1 0 39 16 CL 0,39

7,00 27,06 60 39 16 31 14 0 0 36 13 CL 0,40

Tabela 4.2 – Resumo dos resultados dos ensaios de caracterização realizados sem defloculante.

Composição Granulométrica* (%) - ABNT

Areia

Prof.

(m)

(kN/m3)

% Pass.

#200

Argila Silte

fina média grossa

Pedreg.

Relação

(Arg.SD/

Arg.CD)

(%)

1,00 26,21 67 0 14 72 14 0 0 0

2,00 26,60 70 15 24 50 11 0 0 27,3

3,00 26,32 79 0 36 54 10 0 0 0

4,00 26,60 70 0 30 55 9 1 5

5,00 26,95 62 0 27 57 12 1 3

6,00 27,21 66 0 41 48 11 0 0

4.3. METODOLOGIA EXECUTIVA DAS ESTACAS ESCAVADAS COM

BULBOS NOS SOLOS DA FORMAÇÃO BARREIRAS

O processo executivo das estacas escavadas com bulbos é diferente da

metodologia utilizada para os sedimentos submersos do Quaternário, devido às

peculiaridades dos sedimentos Terciários não saturados da Formação Barreiras. A

seguir é descrito o processo executivo destas estacas para este tipo de formação:

Perfuração com circulação de água, utilizando sapatas-cortantes

(“carambolas”), com diâmetro pouco inferior ao nominal da estaca, até a

profundidade desejada;

Perfuração utilizando sapatas-cortantes e ponteiro (Figura 4.8), este último

tem a função de fazer ranhuras na superfície lateral da perfuração, provocando

pequenas crateras nos trechos previamente determinados em projeto;

10.

Execução dos bulbos nas profundidades desejadas. Neste processo, a

perfuratriz é deslocada cerca de 10cm contra as paredes da perfuração, ao

tempo em que a peça cortante (sapata cortante e ponteiro) corta a superfície

lateral do furo;

11.

Limpeza do furo através de circulação de lama;

12.

Colocação da armadura;

13.

Injeção de argamassa sob alta pressão, de baixo para cima, através de um tubo

de 38mm (11/2”).

Figura 4.8 – Detalhe da sapata-cortante com ponteiro.

Ponteiro Sapata-cortante

Um fato importante verificado em experiências anteriores de execução das

estacas nesta formação, é que para a execução dos bulbos, a incidência do jato de

lama nas paredes da perfuração não era suficiente para provocar rupturas hidráulicas

no solo, como ocorre nos sedimentos submersos do Quaternário. Por isso foi

desenvolvido o processo executivo descrito no item 3.

A Tabela 4.3 apresenta resumo das principais diferenças entre os processos

executivos das estacas nos sedimentos submersos do Quaternário e nos sedimentos

não saturados do Terciário.

Tabela 4.3 – Principais diferenças entre o processo de execução das estacas no

Quaternário e no Terciário.

Descrição

Sedimentos submersos do

Quaternário

(região praieira)

Sedimentos não saturados

do Terciário

(Formação Barreiras)

Fluido perfurante

Lama betonítica, para garantir a

estabilidade das paredes da

perfuração.

Apenas água, devido ao

caráter coesivo/estruturado

deste tipo de solo.

Peça cortante

Brocas de aço batizadas de

“carambolas”, que podem ser

reforçadas com vídea no caso de

extratos de alta resistência

(rochas calcáreas, areníticas, etc)

Sapata cortante

(“carambola”) provida de

um ponteiro de aço (Figura

4.8) localizado 20cm

acima da peça cortante.

Execução dos bulbos

Utilização de “bico” inclinado

aprox. 90º (Figura 2.3) que faz

incidir sobre as paredes do furo

jatos do fluido perfurante com

pressão média de 400kPa.

Deslocamento da sapata-

cortante contra as paredes

do furo, fazendo

“rasgos”na sua superfície.

4.4. PROVAS DE CARGA

4.4.1. Detalhes do Projeto Original das Estacas-base do Estudo

Quatro estacas foram ensaiadas, sendo duas com diâmetro nominal do fuste de

300mm e duas de 400mm. Em todas as estacas foram projetados três bulbos, com

diâmetro de projeto igual a 1,5.Df, executados em profundidades definidas em função

das variações das camadas resistentes. Estas estacas foram projetadas com cargas de

trabalho de 450kN para as estacas de 300mm, e 750kN para as de 400mm.

Nas estacas E1 e E3, mostradas nas Figuras 4.9 e 4.11, o primeiro bulbo foi

executado entre 1,5 e 2,0m na camada de argila siltosa, o segundo bulbo entre 4,0 e

6,0m na camada de argila silto-arenosa com concreções ferruginosas, e por ultimo, o

terceiro bulbo entre 7,0 e 7,50m, em areia argilosa com pedregulho. Nas estacas E2 e

E4, apresentadas nas Figuras 4.10 e 4.12, o primeiro bulbo foi executado entre 5,0 e

6,0m na argila siltosa, o segundo entre 7,5 e 8,0m, na camada de argila arenosa com

concreções ferruginosas, e o terceiro bulbo, entre 9,0 e 9,5m, executado na camada de

areia argilosa.

Na Tabela 4.4 são apresentadas as características geométricas de projeto das

estacas, e suas respectivas designações. Nas Figuras 4.9 a 4.12, são mostrados os

perfis de sondagem mais próximos de cada estaca, com o esboço da geometria do

fuste de projeto.

Tabela 4.4 – Características geométricas das estacas.

Estacas

(mm)

Quant.

bulbos

(m)

E1 300 450 3 8,10

E2 300 450 3 10,00

E3 400 600 3 8,10

E4 400 600 3 10,00

Legenda:

= diâmetro nominal do fuste,

= diâmetro de projeto dos bulbos,

= comprimento da estaca.

Dados da estaca E1:

Diâmetro nominal do fuste: D

= 300mm

Diâmetro de projeto dos bulbos: D

= 450mm

Comprimento da estaca: L

= 8,10m

Prof.

(m)

10 20 30 40

Classificação do Material

29/28

29/26

30/24

Sondagem: SP-19 Data: 15/12/05 N.A.: Não encontrado

ARGILA siltosa, cores

marrom claro e ferrugem,

consistência mole a média

ARGILA siltosa, pouco

arenosa, c/ concreções

ferruginosas, cor ferrugem,

AREIA argilosa, c/ pouco

pedregulho, cor ferrugem,

consistência rija

compacta

Gráfico SPT

SPT

1.50

0.50

2.00

1.00

0.50

1.10

Figura 4.9 – Perfil de sondagem mais próximo do ensaio e geometria de projeto do

fuste da estaca E1.

Dados da estaca E2:

Diâmetro nominal do fuste: D

= 300mm

Diâmetro de projeto dos bulbos: D

= 450mm

Comprimento da estaca: L

= 10,00m

Prof.

(m)

10 20 30 40

Classificação do Material

9/32

5/35

7/32

9/32

Sondagem: SP-20 Data: 06/01/06 N.A.: Não encontrado

ARGILA siltosa, cor

marrom claro e ferrugem,

consistência mole a média

ARGILA arenosa, com

ocorrência de concreções

ferruginosas, cor ferrugem,

AREIA argilosa, c/ pouco

pedregulho, cor ferrugem,

consistência rija

compacta

Gráfico SPT

SPT

26/29

27/29

30/23

5.00

1.00

1.50

0.50

1.00

0.50

1.00

Figura 4.10 – Perfil de sondagem mais próximo do ensaio e geometria de projeto do

fuste da estaca E2.

Dados da estaca E3:

Diâmetro nominal do fuste: D

= 400mm

Diâmetro de projeto dos bulbos: D

= 600mm

Comprimento da estaca: L

= 8,10m

Prof.

(m)

10 20 30 40

Classificação do Material

7/31

24/29

25/29

30/26

Sondagem: SP-18 Data: 15/12/05 N.A.: Não encontrado

ARGILA siltosa, cores

amarelo e ferrugem,

consistência média a rija

ARGILA siltosa, pouco

arenosa, cor ferrugem,

consistência rija a dura

AREIA argilosa, cor

ferrugem, compacta

Gráfico SPT

SPT

2.00

0.50

2.00

1.00

0.50

0.60

Figura 4.11 – Perfil de sondagem mais próximo do ensaio e geometria de projeto do

fuste da estaca E3.

Dados da estaca E4:

Diâmetro nominal do fuste: D

= 400mm

Diâmetro de projeto dos bulbos: D

= 600mm

Comprimento da estaca: L

= 10,00m

Prof.

(m)

10 20 30 40

Classificação do Material

Sondagem: SP-10 Data: 03/08/05 N.A.: Não encontrado

ARGILA siltosa, cores

amarelo e ferrugem,

consistência mola a dura

ARGILA arenosa, com pouco

pedregulho, cor ferrugem,

Gráfico SPT

SPT

AREIA argilosa, cor

ferrugem, compacta

consistência dura

30/26

30/23

30/24

5.00

1.00

1.50

0.50

1.00

0.50

1.00

Figura 4.12 – Perfil de sondagem mais próximo do ensaio e geometria de projeto do

fuste da estaca E4.

4.4.2. Descrição dos Ensaios de Prova de Carga

As provas de carga foram realizadas em conformidade com a NBR 12.131/91, para

os ensaios de provas de carga estática à compressão, do tipo lenta (SML).

As cargas foram aplicadas através de macaco hidráulico com capacidade de

2000kN. As leituras dos recalques foram feitas por meio de extensômetros mecânicos

instalados no topo dos blocos de coroamento (Figura 4.13).

O sistema de reação foi composto por duas estacas de reação (tipo rotativas-

injetadas) e vigas metálicas fixadas aos blocos de coroamento das estacas de reação por

meio de braçadeiras metálicas. As estacas de reação foram projetadas com diâmetros de

fuste de 300mm e 400mm, comprimentos de 11m (ensaios das estacas E1 e E3) e 14m

(ensaios das estacas E2 e E4), e armação longitudinal de 14φ 20.0mm, sendo todas com

vários bulbos ao longo do fuste. Estas

estacas distaram 1,50m da estaca ensaiada e também

foram monitoradas através da medição dos deslocamentos verticais no topo, utilizando-se

extensômetros mecânicos.

Estaca ensaiada

1,5m 1,5m

Extensômetro

mecânico

Extensômetro

mecânico

Extensômetro

mecânico

Estaca de reação Estaca de reação

Macaco Hidráulico

Perfis Metálicos

Chapa metálica

Figura 4.13 – Esquema geral das provas de carga estática.

Figura 4.14 – Vista de uma das provas de carga realizadas.

4.5. ESTACA EXTRAÍDA

Foi executada uma estaca adicional para fins de estudo das características

geométricas das estacas (fuste, bulbos e ponta). A estaca foi executada com 8,60m de

comprimento, diâmetro nominal do fuste de 400mm e três bulbos ao longo do fuste com

diâmetro estimado de 600mm, conforme projeto da estaca E3 do Bloco E.

Para o serviço de extração da estaca, foram contratados dois “poceiros” (homens

que trabalham com escavações de sumidouros e tubulões nesta região). Como não há nível

d’água na profundidade de interesse e a coesão do solo garantiu a estabilidade das paredes

da escavação, os trabalhos se desenvolveram sem maiores dificuldades. Este trabalho de

extração levou em torno de cinco dias para ser concluído.

A maior dificuldade encontrada foi na etapa de retirada da estaca do fundo da

escavação e durante o transporte da mesma, devido ao tamanho da estaca e a limitação do

comprimento dos guinchos e do caminhão que a transportou.

Figura 4.15 – Escavação em volta da estaca a ser extraída.

Figura 4.16 – Retirada da estaca do fundo da escavação.

100

Figura 4.17 – Estaca recém-extraída.

Figura 4.18 – Estaca pronta para ser transportada para local apropriado para análises.

101

CAPÍTULO 5

APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

5.1. INTRODUÇÃO

Neste capítulo são apresentadas e discutidas, inicialmente, as informações obtidas

da geometria real da estaca extraída. Em seguida, apresentam-se os resultados das provas

de carga e as cargas de ruptura convencional, estimadas a partir das curvas carga-recalque

através dos métodos da NBR 6122/96, do Método da Rigidez proposto por DÉCOURT

(1996) e pela extrapolação das curvas proposta por VAN DER VEEN (1953). São feitas

estimativas das parcelas de resistência lateral das estacas a partir da aplicação do Método

das Duas Retas Modificado (MDRM) e do Método da Rigidez.

Aplicou-se também a metodologia de cálculo proposta por MARQUES (2004), a

MCP/04, para previsão da capacidade de carga das estacas estudadas, utilizando primeiro,

os diâmetros dos bulbos de projeto e, em seguida, os diâmetros reais obtidos da estaca

extraída. Por fim, propõem-se ajustes na metodologia de MARQUES (2004) para os solos

não saturados da Formação Barreiras da cidade de Maceió.

É importante ressaltar que todas as análises da capacidade de carga das estacas

foram baseadas nos resultados das provas de carga, nos métodos de interpretação das

curvas carga-recalque e na metodologia semi-empírica de previsão da carga de ruptura

destas estacas.

Os conceitos de solos não saturados, apesar de terem sido empregados nos

trabalhos de campo e nos ensaios de laboratório apresentados no Capítulo 3, não foram

possíveis de serem considerados nos estudos da capacidade de carga das estacas. Tais

considerações demandariam a utilização de equipamentos de medição de sucção in situ,

provas de carga com pré-inundação do terreno, entre outras atividades que excediam os

recursos destinados a esta pesquisa.

102

5.2. GEOMETRIA DA ESTACA EXTRAÍDA

Realizou-se uma inspeção minuciosa da estaca extraída, que revelou dados

importantes sobre o formato do fuste, dos bulbos e da ponta da estaca. A Figura 5.1 mostra

o detalhe de projeto comparado com o formato real da estaca. Na Figura 5.2 são

apresentados o desenho da geometria real da estaca extraída e detalhes dos bulbos e ponta.

Com base nas medições feitas da geometria real da estaca extraída, destacam-se

algumas observações importantes sobre o formato do fuste da estaca:

1. Nos trechos onde não foram executados os bulbos, o diâmetro médio medido foi de

412mm, o que corresponde a um acréscimo de 3,1% em relação ao diâmetro

nominal do fuste, D

= 400mm;

2. Com relação ao diâmetro máximo dos bulbos, temos três situações distintas em

função da camada de solo atravessada:

a. Na camada de argila siltosa, de consistência mole a média (N

SPT

entre 5 e

10 golpes), na profundidade de 0 a 3,60m aproximadamente, tem-se que o

diâmetro máximo do bulbo foi de 558mm, o que significa um acréscimo de

40% em relação ao diâmetro nominal do fuste;

Na camada de argila arenosa com concreções ferruginosas, de consistência

média a rija (N

SPT

entre 11 e 19 golpes), encontrada em profundidades de

4,0 a 7,0m, observou-se que o diâmetro máximo medido do alargamento do

fuste (bulbo) foi de 502mm, ou seja, 26% maior que o diâmetro nominal do

fuste;

Próximo à profundidade do terceiro bulbo projetado, teve-se um discreto

aumento do fuste para Df = 436mm, correspondente a um acréscimo de 9%.

Analisando a geometria dos bulbos, observa-se que o primeiro bulbo, executado a

2,0m de profundidade, na camada de argila siltosa, apresenta formato mais definido.

Enquanto que o terceiro bulbo, executado na profundidade de 7,0m, na camada de areia

argilosa com pedregulho (N

SPT

> 30 golpes), apresentou pequeno aumento de diâmetro e

superfície irregular.

Na camada de argila arenosa com concreções ferruginosas, de consistência média a

rija (N

SPT

entre 11 e 19 golpes), os alargamentos do fuste (bulbos) assumem forma

103

indefinida, com superfície bastante irregular, com alta rugosidade. O aumento dos

diâmetros medidos nos trechos de alargamentos do fuste (bulbos) neste tipo de solo, assim

como a superfície irregular com alta rugosidade, conferem à estaca um incremento muito

importante na sua capacidade de carga. Neste caso, ao invés da parcela única de resistência

de apoio do bulbo, tem-se uma combinação de apoio e atrito lateral nestes trechos (ver

Figura 5.2-b).

ARGILA siltosa, cores

creme escuro, amarela e

ferrugem, consistência

ARGILA siltosa, pouco

arenosa, c/ concreções

ferruginosas, cor ferrugem,

AREIA argilosa, c/ pouco

pedregulho, cor ferrugem,

mole a média

consistência rija

compacta

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

0,00

Prof. (m)

2,05

4,20

5,40

6,20

0,40

2,25

3,60

8,00

(SPT: 5 a 10)

(SPT: 11 a 19)

(SPT: > 30)

C: - 3,60

C: - 6,70

55,2

55,8

41,9

2,85

41,6

50,2

41,4

43,0

41,0

7,20

43,6

7,90

41,6

8,10

31,7

23,0

8,40

40,4

41,6

1,50

40,6

GEOMETRIA REAL

Obs: Diâmetros em centímetros.

60,0

2,00

0,50

1,50

1,00

2,00

0,50

0,60

40,0

GEOMETRIA DE PROJETO

(ESTACA EXTRAÍDA)

9,00

PERFIL GEOTÉCNICO

1,00

5,00

Figura 5.1 – Geometria de projeto e a geometria real da estaca extraída.

104

(a)

(b)

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

0,00

Prof. (m)

2,05

4,20

5,40

6,20

0,40

2,25

3,60

8,00

55,2

55,8

41,9

2,85

41,6

50,2

41,4

43,0

41,0

7,20

43,6

7,90

41,6

8,10

31,7

23,0

8,40

40,4

41,6

1,50

40,6

Obs: Diâmetros em centímetros.

9,00

1,00

5,00

(c)

Figura 5.2 – Detalhes da geometria da estaca extraída.

105

Figura 5.3 – Vista geral da estaca extraída.

Figura 5.4 – Bulbo executado na camada de argila siltosa, de consistência mole a média

SPT

entre 5 e 10 golpes), na profundidade de 2,0 a 2,8m.

106

Figura 5.5 – Bulbo executado na camada de argila arenosa com concreções ferruginosas,

de consistência média a rija (N

SPT

entre 11 e 19 golpes), na profundidade de 4,0 a 5,0m.

Figura 5.6 – Detalhe do afunilamento na ponta da estaca.

Para destacar as grandes diferenças observadas entre as estacas escavadas com

bulbos executadas nos sedimentos submersos do Quaternário e as executadas nos

sedimentos não saturados do Terciário (Formação Barreiras), cita-se o trabalho de

MARQUES (2004). Neste trabalho, foram executadas, nos sedimentos quaternários da

região praieira da cidade de Maceió, 05 estacas escavadas com bulbos, com diâmetro

nominal do fuste de 300mm, e que, posteriormente, foram extraídas para análise da

107

geometria real do fuste. O subsolo local é composto predominantemente por areias siltosas

ou siltes arenosos e/ou argilosos, submersos, com valores de N

SPT

variando entre 2 e 30

golpes ao longo da profundidade. A ponta das estacas ficou assente em uma camada de

silte argiloso, a 9,00m de profundidade, com N

SPT

em torno de 4 golpes.

MARQUES (2004) destaca que nas estacas em que foram executados 02 bulbos

(um superior e outro na ponta da estaca), os bulbos superiores, executados entre 2,00 e

4,00m, tiveram seus diâmetros variando entre 430mm e 524mm, no trecho de areia pouco

compacta a medianamente compacta (N

SPT

de 5 a 11 golpes). Isto representa um aumento

do diâmetro do bulbo em relação ao diâmetro do fuste de 43% a 73%. Na profundidade em

torno 8,50m, onde ocorre um silte arenoso ou silte argiloso de baixa resistência à

penetração (N

SPT

de 3 a 4 golpes), o diâmetro do bulbo inferior (ponta) variou de 660mm a

770mm (aumento de 100 a 157% em relação ao diâmetro nominal). Nas outras estacas

extraídas para fins de observações, a variação do diâmetro dos bulbos executados em

areias com SPTs = 4, foi superior a 100% (de 300mm para 660mm).

(a) (b)

Figura 5.7 – Estacas escavadas com bulbos executadas nos sedimentos submersos do

Quaternário: (a) extração de uma estaca com 02 bulbos; (b) detalhe do bulbo inferior

(MARQUES, 2004).

Bulbo superior

Bulbo inferior

108

5.3. ANÁLISES DAS PROVAS DE CARGA

5.3.1. Resultados das Provas de Carga

A seguir são mostradas nas Figuras 5.8 a 5.11, as curvas carga-recalque obtidas das

provas de carga executadas nas estacas-base deste estudo.

0 150 300 450 600 750 900 1050 1200

CARGA (kN)

RECALQUE (mm)

Figura 5.8 – Curva carga-recalque da estaca E1 (D

= 300mm; L

= 8,10m).

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

CARGA (kN)

RECALQUE (mm)

Figura 5.9 – Curva carga-recalque da estaca E2 (D

= 300mm; L

= 10,0m).

109

0 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500

CARGA (kN)

RECALQUE (mm)

Figura 5.10 – Curva carga-recalque da estaca E3 (D

= 400mm; L

= 8,10m).

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

CARGA (kN)

RECALQUE (mm)

Figura 5.11 – Curva carga-recalque da estaca E4 (D

= 400mm; L

= 10,0m).

A Tabela 5.1 apresenta as cargas máximas atingidas nos ensaios e os recalques

totais, residuais e elásticos medidos no topo das estacas.

Observando as curvas mostradas nas Figuras 5.8 a 5.11, percebe-se que o

“mergulho” apresentado pelas curvas das estacas E1, E2 e E3 evidencia que a carga de

ruptura da estaca estava próxima de ser atingida. Na prova de carga da estaca E4, verifica-

se um formato mais linear da curva carga-recalque. O mergulho para a ruptura dessa curva

é mais suave, comparado com as outras curvas apresentadas.

110

Tabela 5.1 – Cargas máximas atingidas nos ensaios e os recalques medidos no topo das

estacas.

Recalque (mm)

Estaca

Carga Máxima

Atingida (kN)

Total Residual Elástico

E1 1.030,9 21,08 20,50 0,58

E2 1.325,5 42,47 38,50 3,97

E3 1.472,8 48,77 47,98 0,79

E4 1.491,2 34,70 31,19 3,51

É importante destacar que as provas de carga das estacas E1 e E3 foram executadas

no mês de janeiro de 2006, e os ensaios das estacas E2 e E4 foram realizados no mês de

março do mesmo ano. Ambos os meses encontram-se na época de estiagem. De acordo

com o balanço hídrico da região apresentado na Figura 3.2 do Capítulo 3, estes meses

correspondem ao final do período de déficit hídrico do solo, que se inicia em meados de

setembro.

Do exposto acima, pode-se concluir que o solo durante as provas de carga

encontrava-se com teores de umidade próximos aos valores mínimos. Como conseqüência

disso, estima-se que a sucção mátrica do solo durante os ensaios foi superior a 100kPa

(tomou-se como referência as curvas características determinadas na UFAL).

5.3.2. Cargas de Ruptura Obtidas das Curvas Carga-Recalque

A capacidade de carga das estacas foi obtida a partir da curva carga-recalque por

meio de três métodos. O primeiro utilizado foi o da NBR 6122/96, que define a carga

máxima da estaca em função do seu diâmetro e do encurtamento elástico devido ao

carregamento. O módulo de elasticidade das estacas adotado nos cálculos foi E = 21.10

kPa, tomado a partir do estudo de MARQUES (2004).

O segundo método utilizado foi o de VAN DER VEEN (1953), visto que a ordem

de grandeza dos recalques e a conseqüente definição das curvas carga-recalque permitiram

a aplicação deste método.

O terceiro método é baseado no conceito de rigidez de uma fundação, proposto por

111

DÉCOURT (1996). Este método sugere que sejam plotados os valores de R (= Q/s), em

ordenadas, e os valores de Q, em abcissas. Uma extrapolação linear ou logarítmica do

trecho onde a curva se torna sub-horizontal irá fornecer boa estimativa da carga de ruptura

física da fundação (DÉCOURT, 1996).

Nas Figuras 5.12 a 5.15 são apresentadas as curvas carga-recalque dos ensaios

realizados e as estimativas das cargas de ruptura pelos métodos da NBR 6122/96 e VAN

DER VEEN (1953). Nas Figuras 5.16 a 5.19, são mostrados os gráficos de rigidez

propostos por DÉCOURT (1996) aplicados às estacas estudadas.

Van der Veen: Qu = 1122,8 kN

NBR 6122: Qu = 957,3 kN

0 150 300 450 600 750 900 1050 1200

CARGA (kN)

RECALQUE (mm)

Prova de Carga

Van der Veen

NBR-6122

Figura 5.12 – Estimativa da carga de ruptura da estaca E1 pelos métodos de VAN DER

VEEN e da NBR 6122.

112

Van der Veen: Qu = 1351,0 kN

NBR 6122: Qu = 1120,0 kN

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

CARGA (kN)

RECALQUE (mm)

Prova de Carga

Van der Veen

NBR-6122

Figura 5.13 – Estimativa da carga de ruptura da estaca E2 pelos métodos de VAN DER

VEEN e da NBR 6122.

Van der Veen: Qu = 1603,9 kN

NBR 6122: Qu = 1130,0 kN

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

CARGA (kN)

RECALQUE (mm)

Prova de Carga

Van der Veen

NBR 6122

Figura 5.14 – Estimativa da carga de ruptura da estaca E3 pelos métodos de VAN DER

VEEN e da NBR 6122.

113

Van der Veen: Qu = 1735,2 kN

NBR 6122: Qu = 1104,6 kN

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

CARGA (kN)

RECALQUE (mm)

Prova de Carga

Van der Veen

NBR 6122

Figura 5.15 – Estimativa da carga de ruptura da estaca E4 pelos métodos de VAN DER

VEEN e da NBR 6122.

Figura 5.16 – Gráfico de rigidez (DÉCOURT, 1996), aplicado à estaca E1.

GRÁFICO DE RIGIDEZ

ESTACA E1

CARGA = -5,61.RIG + 1296,2

= 0,9975

250

500

750

1000

1250

1500

1750

2000

2250

2500

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

CARGA (kN)

RIGIDEZ (kN/mm

)

Dados utilizados na

regressão linear

Dados não utilizados na

regressão linear

Extrapolação - Qu

Regressão Linear

Qu = 1.296,2 kN

RL = 662,8 kN

114

Figura 5.17 – Gráfico de rigidez (DÉCOURT, 1996), aplicado à estaca E2.

Figura 5.18 – Gráfico de rigidez (DÉCOURT, 1996), aplicado à estaca E3.

GRÁFICO DE RIGIDEZ

ESTACA E2

CARGA = 1425,4.exp(-0,00315.RIG)

= 0,9958

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

CARGA (kN)

RIGIDEZ (kN/mm

)

Dados utilizados na

regressão linear

Dados não utilizados na

regressão linear

Extrapolação - Qu

Regressão logarítmica

Qu = 1.425,4 kN

RL = 736,4 kN

GRÁFICO DE RIGIDEZ

ESTACA E3

CARGA = -6,33.RIG + 1619,1

= 0,9223

120

240

360

480

600

720

840

960

1080

1200

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

CARGA (kN)

RIGIDEZ (kN/mm

)

Dados utilizados na

regressão linear

Dados não utilizados na

regressão linear

Extrapolação - Qu

Regressão Linear

Qu = 1.619,1 kN

RL = 957,3 kN

115

Figura 5.19 – Gráfico de rigidez (DÉCOURT, 1996), aplicado à estaca E4.

A Tabela 5.2 apresenta as cargas de ruptura obtidas pelos três métodos acima

citados e apresentados nas Figuras 5.12 a 5.19.

Tabela 5.2 – Estimativas da carga de ruptura Qu, em kN, obtidas por diferentes métodos a

partir das provas de carga.

Carga de Ruptura (kN)

Estaca

NBR RIG VDV

E1 957,3 1.296,2 1.122,8

E2 1.120,0 1.425,4 1.350,8

E3 1.130,0 1.619,1 1.603,9

E4 1.104,6 2.292,9 1.735,2

Dos resultados apresentados na Tabela 5.2, é possível observar que os métodos de

VAN DER VEEN e da Rigidez apresentaram resultados com a mesma ordem de grandeza.

Quanto à estaca E4, o recalque máximo de 34,70mm levanta dúvidas sobre qual dos dois

métodos está mais próximo da real carga de ruptura convencional. Sob o aspecto da

segurança, o resultado de VAN DER VEEN deve ser o utilizado para os objetivos deste

trabalho.

GRÁFICO DE RIGIDEZ

ESTACA E4

CARGA = -18,80.RIG + 2.292,9

= 0,9771

100

200

300

400

500

600

700

800

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400

CARGA (kN)

RIGIDEZ (kN/mm

)

Dados utilizados na

regressão linear

Dados não utilizados na

regressão linear

Extrapolação - Qu

Regressão linear

Qu = 2.292,9 kN

RL = 810,0 kN

116

5.3.3. Estimativa da Parcela de Resistência Lateral das Estacas Estudadas a partir

das Curvas Carga-Recalque

A separação entre as parcelas de resistência lateral e de ponta de estacas em provas

de carga não instrumentadas, é tema de várias propostas e discussões entre os

pesquisadores. Diversos métodos têm sido propostos, porém nenhum deles é reconhecido

como aplicável de forma geral.

Na tentativa de estimar a resistência lateral das estacas estudadas a partir das curvas

carga-recalque dos ensaios, utilizou-se o Método das Duas Retas Modificado (MDRM),

proposto por MARQUES (2004) para estacas escavadas com bulbos, e o Método da

Rigidez proposto por DÉCOURT (1996).

O MDRM foi aplicado para estimar as parcelas de atrito lateral e da carga residual

inicial (µ.Alr+AS) e a taxa de mobilização das resistências de apoio dos bulbos e ponta

(RS) no trecho pseudo-elástico (0-3). O método também permitiu determinar o recalque

(y1) correspondente ao início do esgotamento do atrito no topo da estaca.

Nas Figuras 5.20 a 5.23 são apresentadas as curvas carga-recalque no topo das

estacas estudadas, com a indicação das retas do trecho 0-3 (pseudo-elástico) e do trecho 4-

5 (desenvolvimento franco da resistência de apoio).

0 200 400 600 800 1000 1200

CARGA (kN)

RECALQUE (mm

)

Curva Carga-Recalque

Trecho 0-3 (pseudo-elástico)

Trecho 4-5 (desenv. franco resist. apoio)

Figura 5.20 – Aplicação do MDRM à curva carga-recalque da estaca E1.

117

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

CARGA (kN)

RECALQUE (mm)

Curva Carga-Recalque

Trecho 0-3 (Pseudo-elástico)

Trecho 4-5 (desenv. franco resist. apoio)

Figura 5.21 – Aplicação do MDRM à curva carga-recalque da estaca E2.

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750

CARGA (kN)

RECALQUE (mm)

Curva Carga-Recalque

Trecho 0-3 (pseudo-elástico)

Trecho 4-5 (desenv. franco resist. apoio)

Figura 5.22 – Aplicação do MDRM à curva carga-recalque da estaca E3.

118

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

CARGA (kN)

RECALQUE (mm)

Curva Carga-Recalque

Trecho 0-3 (pseudo-elástico)

Trecho 4-5 (desenv. franco resist. apoio)

Figura 5.23 – Aplicação do MDRM à curva carga-recalque da estaca E4.

A Tabela 5.4 apresenta os valores do coeficiente angular (d

) da reta (0-3) e dos

coeficientes angular (d

) e linear (d

) da reta (4-5). A Tabela 5.5 mostra as características

geométricas das estacas e os parâmetros de resistência obtidos pelo MDRM.

O coeficiente de rigidez relativa solo-estaca (k) situou-se entre 0,33 e 1,10,

comprovando que as estacas estudadas são do tipo “curtas” ou rígidas (k ≤ 2).

Os valores da resistência µ.Alr+AS calculados no trecho (0-3) variaram entre 515,5

a 844,4kN. Enquanto que o recalque necessário para o início do esgotamento do atrito

lateral ficou entre 3,64mm (estaca E1) e 5,37mm (estaca E4). Estes valores de y1

encontram-se na faixa de 0,96 a 1,38% do diâmetro nominal do fuste (D

). Valores de y1

da ordem de 1% foram encontrados por MARQUES (2004) para este tipo de estaca nos

sedimentos submersos do Quaternário.

Outra informação importante é a taxa de mobilização da resistência de apoio dos

bulbos e da ponta (RS) no trecho (0-3). Os valores de RS foram de 17,3 a 37,4kN/mm.

A outra opção para estimar a parcela de resistência lateral foi utilizar o Método da

Rigidez proposto por DÉCOURT (1996). Inicialmente este método foi desenvolvido para

obtenção apenas da carga última da estaca a partir da curva de rigidez. Com o passar dos

119

anos, o Método da Rigidez vem sendo aperfeiçoado pelo seu autor na tentativa de melhor

estimar a parcela de resistência lateral pelo gráfico de rigidez. DÉCOURT (2006) utiliza

uma curva de resistência lateral (Qs) versus deslocamento (s), a partir de uma equação

linear de regressão do gráfico de rigidez (R x Q) para determinar a parcela RL.

Contudo, DÉCOURT (1996) diz “o ponto onde a curva R x Q se torna sub-

horizontal indica, aproximadamente, quando a transferência de carga da estaca ao solo

passa a se fazer apenas por apoio, já tendo ocorrido a mobilização plena do atrito lateral”.

A partir desta observação, foi considerado o ponto aproximado em que as curvas de rigidez

se tornavam sub-horizontais para estimar as parcelas de resistência lateral das estacas

estudadas.

Aplicando desta maneira o Método da Rigidez às curvas estudadas, encontram-se

na Tabela 5.3 os valores da resistência lateral (RL), os respectivos recalques (r) necessários

para plena mobilização do atrito lateral e a relação entre estes recalques e os diâmetros

nominais do fuste das estacas.

Tabela 5.3 – Estimativa da resistência lateral das estacas estudadas segundo o Método da

Rigidez proposto por DÉCOURT (1996).

Estaca

(kN)

(mm)

r/D

(%)

E1 662,8 5,88 1,96

E2 736,4 3,49 1,16

E3 957,3 8,31 2,08

E4 810,0 9,23 2,31

Pelo Método da Rigidez, os recalques necessários para plena mobilização do atrito

lateral estão entre 1,16 e 2,31% do diâmetro nominal do fuste. Estes valores são

ligeiramente superiores ao intervalo de 0,96 a 1,38% encontrado pelo MDRM.

Comparando as parcelas de resistência lateral (RL) do Método da Rigidez e a parcela

(µ.Alr+AS) do MDRM, observam-se valores da mesma ordem de grandeza.

120

Tabela 5.4 – Valores calculados de d

, d

e d

das estacas estudadas, segundo o MDRM.

Estaca

(kN/mm)

(kN)

(kN/mm)

E1 179,0 481,2 32,4

E2 222,4 806,0 16,9

E3 229,5 797,6 16,7

E4 139,0 552,3 28,7

Legenda: d

= coef. angular do trecho 0-3; d

= coef. linear do trecho 4-5; d

= coef. angular do trecho 4-5.

Tabela 5.5 – Características geométricas das estacas estudadas e parâmetros obtidos pelo MDRM.

Estaca

(mm)

(m)

(kN/mm)

µ.Alr + AS

(kN)

(kN/mm)

(mm)

E1 300 8,10 6,10 243,3 0,58 515,5 37,4 3,64

E2 300 10,00 8,00 185,6 1,10 844,4 18,6 4,14

E3 400 8,10 6,10 432,6 0,49 813,2 17,3 3,83

E4 400 10,00 8,00 329,9 0,33 577,4 31,5 5,37

Legenda: Df = diâmetro nominal do fuste; ht = altura total da estaca; hf = altura do fuste descontados os bulbos; Kr = rigidez da estaca (Kr = E.S/hf); k = coeficiente de

rigidez relativa solo-estaca (k = Alr/Kr.y1); (µ.Alr+AS) = resistência mobilizada no início do esgotamento do atrito lateral mais a resistência residual de apoio (bulbos e

ponta); RS = taxa de desenvolvimento da resistência de apoio (bulbos e ponta) no trecho 0-3; y1 = recalque referente ao início do esgotamento do atrito no topo da estaca.

121

5.4. PREVISÕES DA CARGA DE RUPTURA DAS ESTACAS ESTUDADAS

ATRAVÉS DA MCP/04

Com o objetivo de avaliar a aplicabilidade da MCP/04, proposta por MARQUES

(2004), para as estacas executadas em solos não saturados do Terciário, aplicou-se a

metodologia utilizando os diâmetros dos bulbos de projeto e, posteriormente, utilizando os

diâmetros reais medidos na estaca extraída.

No primeiro caso (hipótese de projeto), os diâmetros dos bulbos foram tomados

iguais a D

= 1,50.D

. Logo, para as estacas E1 e E2, os bulbos adotados no cálculo foram

de 450mm de diâmetro, e para as estacas E3 e E4, de 600mm. Foi adotado um valor único

do fator característico do solo, igual a 150kPa.

A Tabela 5.6 apresenta as cargas de ruptura previstas pela metodologia, utilizando

os diâmetros dos bulbos de projeto Nota-se que as parcelas de resistência previstas para os

bulbos correspondem entre 57 e 65% da carga de ruptura total prevista pelo projeto.

Elegendo-se os valores obtidos pelo método de VAN DER VEEN (1953) como referência,

a Figura 5.24 mostra a comparação com as previsões.

Tabela 5.6 – Previsão da capacidade de carga das estacas a partir da MCP/04, utilizando os

diâmetros de projeto dos bulbos.

Estaca

Resistência

Lateral, RL

(kN)

Resistência de

Ponta, RP

(kN)

Resistência de Apoio

dos Bulbos, RB (kN)

Carga de

Ruptura Qu

(kN)

E1 236,7 159,0 629,5 1.025,2

E2 323,0 159,0 649,4 1.131,4

E3 327,0 282,7 1.117,0 1.726,7

E4 430,6 282,7 1.155,0 1.868,3

122

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500

Qu_MCP/04 (kN)

Qu_VDV (kN)

Figura 5.24 – Cargas de ruptura obtidas por VAN DER VEEN versus previstas pela

MCP/04 utilizando os bulbos de projeto.

A partir do conhecimento da geometria real da estaca extraída, aplicou-se a

MCP/04 para o cálculo da capacidade de carga das estacas, considerando os valores reais

dos bulbos. Neste caso, também foi adotado um valor único do fator característico do solo,

igual a C = 150kPa.

Todas as estacas estudadas, conforme apresentado nas Figuras 4.9 a 4.12 do item

4.4.1, foram projetadas com três bulbos. O primeiro bulbo das estacas E1 e E3, situa-se nas

profundidades de 1,50 a 2,00m, correspondente à camada de argila siltosa, de consistência

mole a média (N

SPT

entre 5 e 10 golpes). Neste caso, o diâmetro dos bulbos foi

considerado igual a 1,40.D

. Para o bulbo intermediário, situado na profundidade de 4,00 a

6,00m, na camada de argila arenosa com concreções ferruginosas, de consistência média a

rija (N

SPT

entre 11 e 19 golpes), considerou-se o diâmetro do bulbo igual a 1,25.D

. E por

último, o bulbo próximo à ponta da estaca, situado na camada de areia argilosa com

pedregulho, compacta a muito compacta (N

SPT

> 30 golpes), teve seu diâmetro estimado

em 1,10.D

No projeto das estacas E2 e E4, o primeiro bulbo situa-se a 5,00m de profundidade,

inserido na camada de argila arenosa com concreções ferruginosas, de consistência média

a rija (N

SPT

entre 11 e 19 golpes), em que se considerou o diâmetro do bulbo igual a

1,25.D

. Para os outros dois bulbos, executados nas profundidades de 7,50 e 9,00m,

123

inseridos na camada de areia argilosa com pedregulho, compacta a muito compacta (N

SPT

> 30 golpes), o diâmetro estimado dos bulbos foi de 1,10.D

A Tabela 5.7 apresenta as cargas de ruptura previstas pela MCP/04 utilizando os

bulbos reais. Novamente, elegendo os valores obtidos pelo método de VAN DER VEEN

(1953) como referência, a Figura 5.25 mostra a comparação com as previsões feitas para

esta situação.

Tabela 5.7 – Previsão da capacidade de carga das estacas a partir da MCP/04, utilizando os

diâmetros reais dos bulbos.

Estaca

Resistência

Lateral, RL

(kN)

Resistência de

Ponta, RP

(kN)

Resistência de

Apoio dos

Bulbos, RB (kN)

Carga de

Ruptura Qu

(kN)

E1 236,7 159,0 217,0 612,8

E2 323,0 159,0 167,7 649,7

E3 327,0 282,7 425,1 1.034,8

E4 430,6 282,7 287,0 1.000,3

Observa-se que as parcelas de resistência previstas para os bulbos reduzem

drasticamente, para valores entre 25 e 38% das previstas pelo projeto. Da mesma forma, as

reduções das cargas de ruptura das estacas ficam entre 54 e 60%.

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500

Qu_MCP/04 (kN)

Qu_VDV (kN)

Figura 5.25 – Cargas de ruptura obtidas por VAN DER VEEN versus previstas pela

MCP/04 utilizando os bulbos reais.

124

Analisando os resultados apresentados na Figura 5.25, fica claro que as previsões

feitas pela MCP/04, utilizando os diâmetros reais dos bulbos, subestimam as cargas de

ruptura das estacas. Comparando-as com as cargas obtidas pelo método de VAN DER

VEEN (1953), as cargas previstas correspondem entre 49 e 65%.

Apesar das previsões feitas pela metodologia de MARQUES (2004), utilizando os

diâmetros de projeto dos bulbos, fornecerem valores aceitáveis quando comparados aos

obtidos pelos ensaios (variação entre 85 e 107 % da carga obtida por VAN DER VEEN), o

projeto original das estacas considera valores exagerados de resistência de apoio dos

bulbos, e sub-dimensionam a resistência lateral e a resistência de ponta das estacas neste

tipo de terreno.

Tal afirmação pode ser explicada fisicamente, quando se observa os diâmetros

reduzidos dos bulbos da estaca extraída, e as superfícies irregulares que o processo

executivo utilizado para este tipo de subsolo causa no fuste da estaca, que aumenta a

parcela de resistência por atrito e adesão do conjunto fuste-solo.

A partir dessas análises, verificou-se a necessidade de ajustes no cálculo destas

estacas neste tipo de formação, uma vez que a capacidade de carga dessas estacas neste

tipo de terreno é resultado mais da resistência lateral e da ponta da estaca, do que devido à

parcela de resistência de apoio dos bulbos.

Com o objetivo de quantificar a resistência lateral unitária das estacas estudadas e

compará-las com as previsões feitas pela metodologia de MARQUES (2004), utilizou-se

os valores das resistências lateral obtidos no item 5.3.3.. Para calcular a tensão lateral

unitária média (fs) ao longo do fuste, basta dividir a resistência lateral pela área lateral total

da estaca (Al). A Tabela 5.8 apresenta os valores calculados pelo Método das Duas Retas

Modificado (MDRM) e pelo Método da Rigidez (RIG), e os previstos pela metodologia

proposta por MARQUES (2004).

Tabela 5.8 – Valores das parcelas da resistência lateral calculados e previstos.

Resistência lateral, RL (kN) Tensão lateral unitária, fs (kPa)

Estaca

(m2)

MDRM RIG MCP/04 MDRM RIG MCP/04

E1 6,22 515,5 662,8 236,7 82,88 106,56 38,05

E2 8,01 844,4 736,4 323,0 105,42 91,94 40,32

E3 8,29 813,2 957,3 327,0 98,05 115,42 39,43

E4 10,68 577,4 810,0 430,6 54,05 75,83 40,31

125

Observa-se que a média das tensões lateral unitárias calculadas pelo MDRM é 2,15

vezes a média das previstas pela MCP/04. Já o Método da Rigidez obteve uma tensão

média igual a 2,47 vezes a média das previstas pela MCP/04. Considerando que

DÉCOURT (2002) afirma que, pela sua experiência, o Método da Rigidez provavelmente

superestima o valor de fs, e que, em certos casos, o autor considera em suas análises o

valor de 0,90.fs

calc

, ter-se-ia uma relação igual a 2,22 vezes (= 0,90 x 2,47).

A partir do exposto acima, pode-se concluir que as parcelas de resistência lateral

das estacas, obtidas pelos métodos MDRM e da Rigidez, são aproximadamente 2,20 vezes

dos valores previstos pela MCP/04. Este valor servirá como base para ajustar o fator de

majoração do atrito lateral unitário (β) utilizado no cálculo da resistência lateral das

estacas.

5.5. PROPOSTA DE AJUSTE DA MCP/04 PARA SOLOS DA FORMAÇÃO

BARREIRAS

Neste item são apresentadas as propostas de modificações da metodologia de

cálculo proposta por MARQUES (2004), especificamente para os solos da Formação

Barreiras. Estas modificações foram baseadas nas análises das curvas carga-recalque das

quatro provas de carga estudadas, nas retroanálises feitas a partir das cargas de ruptura

calculadas neste trabalho, no formato geométrico real da estaca extraída e nas propriedades

geotécnicas das camadas do subsolo onde as estacas foram executadas.

É evidente que devido ao reduzido número de dados disponíveis de provas de carga

e às limitações quanto aos recursos disponíveis para esta pesquisa, as modificações

propostas estão baseadas, em boa parte, por intuição física do mecanismo de transferência

de carga e empirismo.

As principais modificações propostas estão relacionadas ao valor do coeficiente de

majoração do atrito lateral das estacas (β), ao valor limite do N

SPT

a ser utilizado no

cálculo da resistência de ponta e aos diâmetros dos bulbos a serem considerados em

projeto. Ao todo são cinco modificações em relação à proposta da MCP/04, as quais serão

descritas a seguir:

O valor limite do SPT para o cálculo da resistência unitária de ponta da estaca (q

que antes era de 15 golpes, passa a ser de 20;

126

Propõe-se um valor para o fator característico (C) dos solos concrecionados

(laterização), que antes não eram considerados, igual a 200kPa;

Considerar o valor do fator característico do solo (C) igual a 190kPa, para solos do

tipo areia argilosa com pedregulho. Para solos do tipo argila siltosa, com ou sem

areia, adotar C = 160kPa;

Na Tabela 5.9 é apresentado um resumo dos valores propostos nos itens 2 e 3, para

o fator característico dos solos:

Tabela 5.9 – Valores propostos do fator característico dos solos (C).

Tipo de solo

Fator Característico (C),

em kPa

Argila siltosa, com ou sem areia 160

Areia argilosa com pedregulho 190

Argila arenosa ou Areia Argilosa,

com concreções ferruginosas

200

O valor da resistência unitária do atrito lateral da estaca continua a ser calculado

pela expressão:

kPaem

SPTm

máx

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+⋅⋅=

(5.1)

contudo, o valor do coeficiente de majoração/minoração do atrito lateral (β), que

antes era β = 0,85, passa a ser β = 1,80. Esta modificação teve como base as

análises das resistências lateral unitárias discutidas no item 5.4.

A partir das análises dos diâmetros máximos verificados nos bulbos da estaca

extraída e dos N

SPT

do perfil, plotou-se a relação entre o diâmetro do bulbo (Db) e

do fuste (Df) versus N

SPT

. Vale destacar que o valor limite do N

SPT

considerado no

gráfico foi de 15, devido às limitações já conhecidas do processo executivo. Na

Tabela 5.10 apresentam-se os valores propostos para o diâmetro de projeto dos

bulbos em função do N

SPT

127

Db/Df = -0,034.Nspt + 1,61

= 0,9877

1,00

1,05

1,10

1,15

1,20

1,25

1,30

1,35

1,40

1,45

1,50

0 5 10 15 20

SPT

Db/Df

Figura 5.26 – Gráfico da relação Db/Df em função do N

SPT

Tabela 5.10 – Proposta para estimativa do diâmetro dos bulbos em função do SPT.

Valores do SPT Diâmetro do bulbo (D

)

SPT

≤ 4 1,50.D

4 < N

SPT

≤ 8 1,40.D

8 < N

SPT

≤ 12 1,25.D

12 < N

SPT

≤ 15 1,10.D

SPT

> 15 < 1,10.D

Obs.: D

= diâmetro nominal do fuste.

A proposta para estimativa do diâmetro dos bulbos se baseou, principalmente, nas

características do processo de execução dos bulbos em solos típicos da Formação Barreiras

(solos mistos). Nestes casos, a perfuratriz é deslocada cerca de 10cm contra as paredes da

perfuração, ao tempo em que a peça cortante (sapata cortante e ponteiro) corta a superfície

lateral, provocando pequenas crateras nos trechos previamente definidos em projeto.

Os comprimentos destes trechos variam entre 0,50 a 2,00m, a depender da

disposição das camadas em profundidade. Em decorrência do processo de execução dos

bulbos, o diâmetro destes alargamentos tende a diminuir com a profundidade, para um

mesmo tipo de solo. Esta perda de eficiência ao longo da profundidade é decorrente da

rigidez da haste de perfuração. Estima-se que a partir dos 5 metros de profundidade, em

solos mistos (ou puramente coesivos), de média consistência ou compacidade, os

128

diâmetros dos bulbos obtidos por esse processo são desprezíveis. Evidentemente que

quanto mais resistente for o solo, menor será o diâmetro do bulbo.

Em relação ao valor do coeficiente β = 1,80 proposto no item 4, trata-se de um

valor médio ao longo do comprimento da estaca. De acordo com a investigação geotécnica

realizada no local das provas de carga, tem-se, a partir dos 4,0m de profundidade

aproximadamente, camadas de solo com indícios de laterização. Nestes casos, a rigidez do

solo é bastante superior a de solos semelhantes (por exemplo, com mesmo N

SPT

), porém

não lateríticos. Por isso, acredita-se que na camada não laterizada (até 4,0m de

profundidade), o valor de β é próximo de 1, enquanto que na camada laterítica este valor

deve ser superior a 2.

Seria interessante a realização de ensaios específicos para determinação da

espessura da camada laterizada, com o objetivo de definir o valor mais apropriado de β em

função do tipo de solo (laterítico ou não). Recomenda-se, por exemplo, os procedimentos

propostos por NOGAMI e VILLIBOR (1981), assim como a obtenção do Índice de

Laterização de Ignatius, este último por se tratar de um ensaio rápido e econômico,

baseado no resultado do ensaio de Proctor Normal..

DÉCOURT (2002) analisando estacas tipo broca e hélice contínua executadas nas

argilas lateríticas do campo experimental da Universidade Estadual de Londrina-PR,

afirma que, nesse tipo de solo, o atrito lateral das estacas é bastante superior aos calculados

com base nas formulações consagradas para solos não lateríticos, sugerindo valores de β

iguais ou superiores a 1,50.

5.5.1. Previsão da Carga de Ruptura das Estacas a Partir da MCP/04 Ajustada para

Solos da Formação Barreiras

Neste item são apresentadas as previsões feitas da capacidade de carga das estacas-

base deste estudo a partir das modificações propostas no item 5.5 para a MCP/04, para

solos da Formação Barreiras.

Os diâmetros dos bulbos considerados nos cálculos foram tomados com base nos

valores propostos pela Tabela 5.10. Na Tabela 5.11, apresenta-se um resumo das

características geométricas da estacas consideradas no cálculo da capacidade de carga.

129

Na Tabela 5.12, são mostradas as parcelas de resistência e a carga de ruptura

calculadas pela MCP/04 ajustada para este tipo de formação.

Tabela 5.11 – Elementos geométricos das estacas considerados no cálculo da capacidade

de carga.

Diâmetro dos Bulbos (cm)

Estaca

(mm)

(m)

E1 300 42 38 33 8,10

E2 300 38 33 33 10,00

E3 400 56 50 44 8,10

E4 400 50 44 40 10,00

Legenda: D

= diâmetro nominal do fuste; Db

= diâmetro estimado dos bulbos; L

comprimento total do fuste.

Tabela 5.12 – Previsão da capacidade de carga das estacas-base do estudo, aplicando a

MCP/04 ajustada.

Estaca

Atrito Lateral,

(kN)

Resistência de

Ponta, RP

(kN)

Resistência de

Apoio dos

Bulbos, RB (kN)

Carga de

Ruptura Qu

(kN)

E1 501,2 268,6 308,7 1.078,5

E2 684,0 268,6 220,6 1.173,2

E3 692,6 477,5 525,9 1.696,0

E4 911,9 477,5 337,8 1.727,2

As parcelas previstas da resistência lateral ficaram entre 41 e 58% da capacidade de

carga total das estacas. O valor da tensão lateral unitária estimada variou entre 60 e

108kPa. Estes valores situam-se próximos aos encontrados por ALBUQUERQUE (2001),

no campo experimental da UNICAMP, a partir de provas de carga em estacas hélice-

contínua, ômega e escavada, instrumentadas em profundidade. Para as estacas hélice-

contínua, a tensão lateral unitária média variou entre 45,4 e 76,1kPa e para as estacas

ômega, a variação foi de 45,4 a 107,9kPa.

130

Os valores da tensão lateral unitária das estacas escavadas convencionais,

encontrados por ALBUQUERQUE (2001), ficaram entre 31,5 e 47,8kPa, bem inferiores

aos previstos para as estacas estudadas a partir do método ajustado.

A Figura 5.25 mostra a comparação entre as cargas obtidas por VAN DER VEEN e

as previstas pela MCP/04 ajustada para solos da Formação Barreiras. Nota-se a boa

concordância entre os resultados, como era de se esperar!

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500

Qu_MCP/04 Ajustada (kN)

Qu_VDV (kN)

Figura 5.27 – Cargas de ruptura obtidas por Van der Veen versus previstas pela MCP/04

ajustada.

5.5.2. Comparação entre as Cargas de Ruptura Previstas pela MCP/04 Ajustada e os

Resultados Obtidos das Provas de Carga

A Figura 5.28 apresenta uma comparação entre as cargas atingidas nos ensaios, os

resultados obtidos através das curvas das provas de carga e os previstos pela metodologia

de cálculo proposta por MARQUES (2004), ajustada para solos da Formação Barreiras.

A Tabela 5.13 apresenta as relações entre as cargas últimas previstas pelos métodos

estudados e as obtidas pelos ensaios (adotada como referência VAN DER VEEN).

131

957

1120

1130

1105

1296

1425

2293

1341

1604

1735

1079

1173

1619

1123

1727

1696

1031

1325

1472

1491

500

1000

1500

2000

2500

1234

ESTACA

CARGA DE RUPTURA (kN

)

NBR 6122 Rigidez Van der Veen MCP/06 Carga Ensaio

Figura 5.28 – Comparação entre os resultados obtidos pelos métodos e os previstos pela

MCP ajustada.

Tabela 5.13 – Relação entre as cargas de ruptura obtidas pelos métodos estudados e por

VAN DER VEEN.

Estaca

NBR /

VDV

RIG /

VDV

MCP /

VDV

E1 0,85 1,15 0,96

E2 0,84 1,06 0,88

E3 0,70 1,01 1,06

E4 0,64 1,32 0,99

Elegendo-se os valores obtidos por VAN DER VEEN como referência, tem-se as

seguintes observações:

 O método da NBR 6122/96 mostrou-se o mais conservador de todos na obtenção

da carga de ruptura, com cargas de 85 e 84% das obtidas pelos ensaios para as

estacas E1 e E2, respectivamente, e de 70 e 64% para as estacas E3 e E4.

 O Método da Rigidez proposto por DÉCOURT (1996) mostrou acurácia na

previsão da carga última destas estacas, resultando em valores ligeiramente

E1 E2 E3 E4

132

superiores aos obtidos pelas provas de carga (variação de 1 a 15%). A exceção foi

o resultado da estaca E4, que foi superior em 32% da carga última obtida pela

extrapolação.

 A metodologia de cálculo proposta por MARQUES (2004) para previsão da carga

de ruptura destas estacas, a MCP/04, ajustada para solos da Formação Barreiras,

apresentou previsões de carga de ruptura próximas às obtidas nas provas de carga

pelo método de VAN DER VEEN (1953), com cargas variando entre 88 e 106%.

Obviamente este resultado era de se esperar, uma vez que a proposta de ajuste na

metodologia de cálculo foi baseada, na maior parte, na retroanálise feita a partir dos

resultados das provas de carga.

133

CAPÍTULO 6

CONCLUSÕES E SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS

6.1. CONCLUSÕES

Este trabalho apresentou um estudo geotécnico realizado nos sedimentos terciários

da Formação Barreiras da cidade de Maceió/AL. Este estudo foi dividido em duas partes, a

saber: primeiro, foi realizada extensa campanha de investigação de campo e laboratório em

um perfil de solo não saturado localizado no campus da UFAL; posteriormente, foi

estudada a capacidade de carga de quatro estacas escavadas com bulbos, destinadas às

fundações de edifícios residenciais a serem construídos em outro local da Formação

Barreiras.

Quanto aos resultados da caracterização geotécnica do perfil estudado na UFAL,

pode-se chegar as seguintes conclusões:

O perfil do subsolo é composto de argilas areno-siltosa e areias argilosas, com a

ocorrência de pedregulhos (seixos) em profundidades de 7,0 e 8,0m. Observa-se a

ocorrência de laterização em profundidades superiores a 5,0m, proveniente dos

processos de oxidação e lixiviação do ferro.

Os perfis de umidade determinados na época de estiagem (mês de janeiro) e no fim

da época chuvosa (mês de agosto) variaram na faixa de 9 a 26% até a profundidade

de 8,50m.

A grande variação dos percentuais de argila e silte dos ensaios granulométricos

com e sem defloculante sugere que as partículas de argila estão unidas entre si,

formando grumos, e/ou estão aderidas aos grãos de areia.

As curvas características determinadas em profundidade apresentaram

comportamento bimodal, com um primeiro ponto de entrada de ar em torno de

3kPa, referente à dessaturação dos macroporos do solo, e um segundo ponto

próximo à sucção de 9.000kPa, correspondente à microestrutura do solo. O formato

das curvas é típico de solos tropicais, conforme CAMAPUM DE CARVALHO &

LEROUEIL (2000).

134

Os ensaios de cisalhamento direto na umidade natural (CDN) mostraram a

existência de resistências de pico acompanhadas de dilatância, para níveis baixos

de tensões (geralmente menores que 50kPa). Este comportamento é característico

de solos estruturados (com cimentação), fato este que confere ao solo um

comportamento de “falso” sobre-adensamento. Tal comportamento também é

influenciado pela sucção do solo.

As envoltórias de resistência de Morh-Coulomb dos ensaios de cisalhamento direto

na umidade natural (CDN) e inundado (CDI), mostraram que praticamente em

todos os ensaios inundados o solo perdeu a coesão aparente que apresentou nos

ensaios CDN, enquanto que o ângulo de atrito pouco variou.

Na maioria dos ensaios edométricos na umidade natural (EDN), as tensões

máximas atingidas nos ensaios não foram suficientes para revelar o trecho nítido da

reta virgem, impossibilitando assim a determinação das tensões de pré-

adensamento (σ

) e índice de compressão (C

). Contudo, é possível estimar que a

tensão de pré-adensamento dessas amostras seja superior a 1.000kPa.

A análise comparativa das curvas de adensamento dos ensaios EDI e EDN

evidencia claramente a maior rigidez dos solos não saturados, mostrando a

influência da inundação no aumento das deformações. Esta maior rigidez é

explicada pela estruturação que apresentou esse solo e também influenciada pela

sucção.

A partir dos resultados das quatro provas de carga estática realizadas em estacas

escavadas com bulbos e das análises da geometria da estaca extraída, chegou-se às

seguintes conclusões:

Os diâmetros máximos dos bulbos observados na estaca extraída foram bastante

inferiores aos diâmetros de projeto.

O comportamento coesivo/estruturado verificado nos solos da Formação Barreiras,

não permite que os bulbos sejam executados pelo processo de incidência dos jatos

do fluido perfurante sobre as paredes da perfuração, conforme são executados nos

sedimentos submersos quaternários.

A metodologia de execução das estacas escavadas com bulbos, no subsolo da

Formação Barreiras, é diferente da metodologia utilizada para os sedimentos

submersos do Quaternário. As principais diferenças são no que diz respeito à peça

135

cortante utilizada nas etapas de perfuração e execução dos bulbos, e no próprio

processo de execução dos bulbos.

Elegendo-se as cargas de ruptura obtidas pelo método de extrapolação de VAN

DER VEEN (1953) como referência, verificou-se que o método da NBR 6122

mostrou-se o mais conservador de todos na obtenção da carga de ruptura, com

cargas de 85 e 84% das obtidas pelos ensaios das estacas E1 e E2, respectivamente,

e de 70 e 64% das estacas E3 e E4.

O Método da Rigidez proposto por DÉCOURT (1996) mostrou ser uma ferramenta

adequada para a previsão da carga última destas estacas, resultando em valores

ligeiramente superiores aos obtidos pelas provas de carga (variação de 1 a 15%). A

exceção foi o resultado da estaca E4, que foi 32% superior à carga última obtida

pelo ensaio.

Tanto o Método das Duas Retas Modificado (MDRM) quanto o Método da

Rigidez, mostraram-se adequados para estimar a resistência lateral das estacas a

partir das curvas carga-recalque de provas de carga estática. Para as estacas

estudadas, os recalques necessários para mobilização plena da resistência lateral

calculados pelo MDRM situaram-se entre 0,96 e 1,38% do diâmetro nominal do

fuste, enquanto que o Método da Rigidez encontrou valores entre 1,16 e 2,31%.

A aplicação da metodologia de cálculo proposta por MARQUES (2004) para

previsão da capacidade de carga das estacas, utilizando os diâmetros dos bulbos

observados na estaca extraída, subestimaram as cargas de ruptura das estacas,

ficando entre 49 e 65% das cargas obtidas pelo método de VAN DER VEEN

(1953).

A análise das tensões laterais unitárias (fs) mostrou que as tensões obtidas pelos

métodos MDRM e da Rigidez foram cerca de 2,20 vezes as tensões previstas pela

metodologia de cálculo proposta por MARQUES (2004).

Foram propostos ajustes na metodologia proposta por MARQUES (2004) para

estacas executadas em solos não saturados da Formação Barreiras. As principais

modificações estão relacionadas ao valor do coeficiente de majoração do atrito

lateral unitário das estacas (β), que passa de 0,85 para 1,80; ao valor limite do N

SPT

a ser utilizado no cálculo da resistência de ponta, que antes era 15 e passa para 20

golpes; aos valores do fator característico do solo (C); e por fim, aos diâmetros dos

bulbos a serem considerados em projeto.

136

Vale destacar que este trabalho é a primeira parte de uma pesquisa maior que será

desenvolvida sobre os mecanismos de transferência e capacidade de carga das estacas

escavadas com bulbos, em solos não saturados da Formação Barreiras, típicos da parte alta

da cidade de Maceió/AL. Diante do exposto, pode-se concluir que os objetivos desta

pesquisa foram alcançados de forma satisfatória.

6.2. SUGESTÕES PARA FUTURAS PESQUISAS

Devido ao pequeno número de dados estudados e à escassez de outros resultados de

provas de carga para análises mais conclusivas, o presente trabalho sugere os seguintes

temas a serem estudados em outras pesquisas, com vistas a aprofundar os conhecimentos

aqui expostos:

 Realização de provas de carga instrumentadas em profundidade, com o objetivo de

conhecer o mecanismo de transferência de carga do sistema estaca-solo.

 Obtenção de outras medidas geométricas reais de estacas, principalmente dos

bulbos, bem como realização de mais ensaios de provas de carga para avaliação dos

ajustes propostos para a metodologia de MARQUES (2004) para estas estacas nos

solos da Formação Barreiras.

 Realização de estudo similar ao desta pesquisa em outros locais da Formação

Barreiras de Maceió.

 Comparação entre resultados de provas de carga executadas em épocas distintas do

ano (época seca e chuvosa), assim como execução de ensaios com inundação

prévia do terreno.

 Monitoramento da sucção durante os ensaios de provas de carga, e a conseqüente

avaliação da influência da sucção na capacidade de carga das estacas.

137

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145

APÊNDICE A

LEITURAS DAS PROVAS DE CARGA ESTÁTICA

Tabela A.1 – Leituras da prova de carga da estaca E1 – Etapa de carregamento.

1234

2 0,10 0,05 0,01 0,01 0,04

4 0,10 0,05 0,01 0,01

8 0,10 0,05 0,01 0,01

15 0,10 0,05 0,01 0,01

30 0,10 0,05 0,01 0,01 0,04

2 0,31 0,28 0,05 0,05 0,17

4 0,35 0,32 0,06 0,06

8 0,36 0,32 0,06 0,06

15 0,36 0,32 0,06 0,06

30 0,38 0,35 0,06 0,07 0,22

2 0,73 0,67 0,25 0,24 0,47

4 0,80 0,73 0,29 0,28

8 0,80 0,73 0,29 0,28

15 0,80 0,73 0,29 0,28

30 0,83 0,75 0,31 0,29 0,55

2 1,40 1,28 0,73 0,68 1,02

4 1,43 1,30 0,75 0,70

8 1,45 1,32 0,77 0,71

15 1,50 1,36 0,80 0,73

30 1,55 1,40 0,82 0,75 1,13

2 2,16 1,94 1,32 1,20 1,66

4 2,19 1,97 1,36 1,21

8 2,29 2,05 1,42 1,28

15 2,42 2,17 1,52 1,36

30 2,43 2,17 1,52 1,36 1,87

2 3,48 3,15 2,48 2,22 2,83

4 3,53 3,20 2,53 2,28

8 3,56 3,21 2,55 2,30

15 3,60 3,25 2,60 2,33

30 3,65 3,28 2,64 2,36 2,98

275,2

368,2

441,8

515,5

92,11º

184,1

RECALQUE

MÉDIO NO TOPO

(mm)

ESTÁGIO

6º

5º

4º

3º

2º

CARGA

(kN)

LEITURAS EXTENSÔMETROS (mm)

TEMPO

(min)

146

Tabela A.1 – Leituras da prova de carga da estaca E1 – Etapa de carregamento

(continuação).

1234

2 4,37 3,96 3,32 3,02 3,67

4 4,42 4,03 3,38 3,06

8 4,57 4,15 3,50 3,18

15 4,65 4,24 3,57 3,22

30 4,69 4,26 3,59 3,25 3,95

2 6,35 5,77 5,15 4,68 5,49

4 6,50 5,92 5,30 4,81

8 6,62 6,03 5,38 4,89

15 6,69 6,09 5,46 4,96

30 6,79 6,18 5,51 5,02 5,88

2 7,78 7,10 6,50 5,90 6,82

4 7,86 7,18 6,53 5,96

8 7,93 7,27 6,61 6,05

15 8,22 7,51 6,87 6,17

30 8,30 7,59 6,93 6,32 7,29

2 9,91 9,22 8,53 7,95 8,90

4 10,19 9,50 8,78 8,18

8 10,40 9,68 8,97 8,35

15 10,48 9,76 9,06 8,45

30 10,54 9,83 9,09 8,50 9,49

2 12,25 11,54 10,83 10,25 11,22

4 12,65 11,90 11,20 10,61

8 12,86 12,12 11,49 10,88

15 13,05 12,35 11,63 11,05

30 13,15 12,43 11,70 11,10 12,10

2 14,80 14,10 13,40 12,81 13,78

4 15,16 14,45 13,75 13,12

8 15,52 14,81 14,12 13,51

15 16,08 15,36 14,66 14,02

30 16,45 15,70 14,96 14,35 15,37

2 20,55 19,75 19,08 18,40 19,45

4 20,91 20,08 19,28 18,75

8 21,33 20,51 19,80 19,09

15 21,83 20,99 20,31 19,58

30 22,25 21,39 20,69 19,98 21,08

9º

10º

11º

12º

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

7º

8º 662,8

589,1

810,0

736,4

LEITURAS EXTENSÔMETROS (mm)

RECALQUE

MÉDIO NO TOPO

(mm)

13º 1031,0

957,3

883,7

147

Tabela A.2 – Leituras da prova de carga da estaca E1 – Etapa de descarregamento.

1234

** 1.031,0 - 23,39 22,54 21,82 21,06 22,20

2 23,39 22,52 21,80 21,03 22,19

4 23,38 22,52 21,80 21,03

8 23,38 22,52 21,80 21,03

15 23,37 22,52 21,79 21,02 22,18

2 22,95 22,19 21,40 20,70 21,81

4 22,95 22,19 21,40 20,70

8 22,94 22,19 21,39 20,69

15 22,92 22,16 21,38 20,68 21,79

2 22,32 21,73 20,82 20,32 21,30

4 22,27 21,71 20,79 20,31

8 22,27 21,70 20,79 20,30

15 22,25 21,69 20,77 20,29 21,25

2 21,92 20,68 19,92 19,75 20,57

4 21,90 20,66 19,91 19,75

8 21,84 20,61 19,85 19,73

15 21,83 20,60 19,85 19,73 20,50

LEITURAS EXTENSÔMETROS (mm)

RECALQUE

MÉDIO NO TOPO

(mm)

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

2º

3º

4º

773,2

515,5

257,7

1º

LEITURA

148

Tabela A.3 – Leituras das estacas de reação da prova de carga da estaca E1 – Etapas de

carregamento e descarregamento.

ESTACA 1 ESTACA 2

0,12 0,01

0,13 0,01

0,31 0,03

0,33 0,08

0,60 0,13

0,65 0,25

0,76 0,46

0,78 0,48

0,94 0,62

0,98 0,70

1,20 0,89

1,25 0,96

1,45 1,07

1,50 1,13

1,78 1,55

1,95 1,58

2,21 1,80

2,38 1,93

2,79 2,28

2,90 2,39

3,23 2,73

3,45 2,90

3,69 3,32

4,01 3,61

4,70 4,30

4,92 4,70

4,92 4,75

4,90 4,73

4,37 4,18

4,35 4,16

3,73 3,45

3,69 3,41

2,93 2,32

2,88 2,27

17º 0

15º 257,8

16º 128,9

14º 386,6

13º 515,5

11º 441,9

12º 478,7

9º 368,2

10º 405,0

7º 294,6

8º 331,4

5º 220,9

6º 257,8

3º 137,6

4º 184,1

1º 46,1

2º 92,1

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

LEITURAS EXTENSÔMETROS

149

Tabela A.4 – Leituras da prova de carga da estaca E2 – Etapa de carregamento.

2 0,08 0,08 0,08

4 0,09 0,09

8 0,09 0,09

15 0,09 0,10

30 0,09 0,11 0,10

2 0,42 0,45 0,44

4 0,44 0,48

8 0,44 0,48

15 0,45 0,49

30 0,45 0,50 0,48

2 0,56 0,85 0,71

4 0,56 0,86

8 0,59 0,88

15 0,60 0,90

30 0,62 0,92 0,77

2 0,74 1,28 1,01

4 0,75 1,30

8 0,77 1,32

15 0,79 1,35

30 0,79 1,35 1,07

2 0,98 1,70 1,34

4 0,99 1,74

8 0,99 1,75

15 1,00 1,75

30 1,00 1,77 1,39

2 1,21 2,10 1,66

4 1,23 2,15

8 1,25 2,17

15 1,25 2,17

30 1,25 2,17 1,71

2 1,52 2,54 2,03

4 1,54 2,57

8 1,59 2,61

15 1,60 2,64

30 1,60 2,65 2,13

2 1,95 3,05 2,50

4 1,99 3,08

8 2,08 3,20

15 2,10 3,22

30 2,13 3,27 2,70

275,23º

4º

5º

6º

LEITURAS EXTENSÔMETROS

RECALQUE MÉDIO

NO TOPO (mm)

1º

2º

92,1

184,1

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

662,8

7º

8º

368,2

441,8

515,5

589,1

150

Tabela A.4 – Leituras da prova de carga da estaca E2 – Etapa de carregamento

(continuação).

2 2,73 3,88 3,31

4 2,79 3,93

8 2,82 3,98

15 2,85 4,05

30 2,88 4,10 3,49

2 3,60 4,81 4,21

4 3,67 4,92

8 3,71 4,98

15 3,88 5,12

30 3,93 5,22 4,58

2 4,78 6,04 5,41

4 4,95 6,22

8 5,01 6,30

15 5,03 6,32

30 5,06 6,36 5,71

2 6,06 7,34 6,70

4 6,34 7,60

8 6,53 7,82

15 6,67 7,99

30 6,73 8,11 7,42

2 8,40 9,75 9,08

4 8,91 10,26

8 8,97 10,32

15 9,28 10,63

30 9,39 10,78 10,09

2 13,00 14,22 13,61

4 13,58 14,79

8 13,93 15,15

15 14,35 15,56

30 14,73 15,97 15,35

2 18,50 19,65 19,08

4 18,95 20,12

8 19,42 20,58

15 19,95 21,03

30 20,76 21,86 21,31

2 25,95 26,88 26,42

4 26,45 27,33

8 26,92 27,73

15 27,91 28,76

30 28,41 29,26 28,84

2 35,15 35,81 35,48

4 35,25 35,86

8 36,20 36,81

15 36,65 37,26

30 36,93 38,51 37,72

ESTÁGIO

13º 1.031,0

10º

11º

12º

736,4

810,0

883,7

957,3

9º

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

LEITURAS EXTENSÔMETROS

RECALQUE MÉDIO

NO TOPO (mm)

14º 1.104,6

15º 1.178,2

16º 1.251,9

17º 1.325,5

151

Tabela A.5 – Leituras da prova de carga da estaca E2 – Etapa de descarregamento.

** 1.251,9

- 41,70 43,24 42,47

2 41,33 43,06 42,20

4 41,33 43,06

8 41,31 43,04

15 41,31 43,03 42,17

2 40,45 41,53 40,99

4 40,43 41,51

8 40,42 41,48

15 40,40 41,46 40,93

2 39,25 40,46 39,86

4 39,25 40,45

8 39,24 40,43

15 39,22 40,44 39,83

2 38,98 38,18 38,58

4 38,97 38,17

8 38,93 38,11

15 38,91 38,08 38,50

RECALQUE MÉDIO

NO TOPO (mm)

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

LEITURAS EXTENSÔMETROS

2º

3º

4º

938,9

625,9

313,0

1º

152

Tabela A.6 – Leituras das estacas de reação da prova de carga da estaca E2 – Etapas de

carregamento e descarregamento.

ESTACA 1 ESTACA 2

0,00 0,00

0,03 0,08

0,12 0,31

0,14 0,31

0,21 0,48

0,31 0,68

0,31 0,69

0,38 0,85

0,42 0,86

0,50 1,06

0,52 1,12

0,59 1,36

0,62 1,55

0,71 1,82

0,71 2,05

0,78 2,61

0,83 2,68

0,91 2,90

0,98 3,00

1,15 3,32

1,19 3,41

1,35 3,91

1,41 3,95

1,82 4,69

1,90 4,78

2,22 5,40

2,30 5,42

2,63 6,30

2,71 6,41

3,20 7,24

3,32 7,35

2,15 6,90

2,14 6,90

1,40 5,81

1,37 5,80

0,56 4,45

0,55 4,39

0,16 2,75

0,11 2,68

21º 0

19º 313,0

20º 156,5

17º 662,8

18º 469,5

15º 589,1

16º 626,0

13º 515,5

14º 552,3

11º 441,9

12º 478,7

9º 368,2

10º 405,0

7º 294,6

8º 331,4

5º 220,9

6º 257,8

3º 137,6

4º 184,1

1º 46,1

2º 92,1

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

LEITURAS EXTENSÔMETROS

153

Tabela A.7 – Leituras da prova de carga da estaca E3 – Etapa de carregamento.

1234

2 0,050,120,080,20 0,11

4 0,060,120,090,20

8 0,060,150,100,27

15 0,06 0,18 0,10 0,30

30 0,06 0,20 0,11 0,31 0,17

2 0,250,560,380,77 0,49

4 0,260,580,400,80

8 0,290,590,420,81

15 0,29 0,60 0,42 0,82

30 0,31 0,60 0,43 0,82 0,54

2 0,751,200,941,50 1,10

4 0,761,210,951,50

8 0,761,210,961,50

15 0,76 1,21 0,96 1,51

30 0,76 1,21 0,96 1,51 1,11

2 1,512,161,862,60 2,03

4 1,552,201,882,61

8 1,602,271,962,70

15 1,69 2,35 2,04 2,78

30 1,73 2,41 2,06 2,82 2,26

2 3,604,373,964,88 4,20

4 3,604,413,994,91

8 3,634,464,054,96

15 3,63 4,46 4,05 4,96

30 3,66 4,48 4,10 4,99 4,31

2 6,967,957,558,60 7,77

4 7,028,007,578,65

8 7,158,107,668,73

15 7,45 8,43 7,98 9,08

30 7,52 8,50 8,06 9,16 8,31

5º

6º

184,1

368,2

515,5

662,8

810,0

957,3

1º

2º

3º

4º

LEITURAS EXTENSÔMETROS (mm)

RECALQUE

MÉDIO NO TOPO

(mm)

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

154

Tabela A.7 – Leituras da prova de carga da estaca E3 – Etapa de carregamento

(continuação).

1234

2 14,30 15,42 14,98 15,25 14,99

4 14,35 15,47 15,00 16,28

8 14,45 15,60 15,11 16,40

15 14,99 16,15 15,67 16,95

30 15,15 16,32 15,82 17,10 16,10

2 23,68 24,98 24,50 25,92 24,77

4 23,75 25,06 24,55 25,99

8 24,43 25,73 25,25 26,70

15 24,65 25,93 25,45 26,91

30 25,05 26,41 25,95 27,41 26,21

2 34,78 36,30 35,75 37,43 36,07

4 34,90 36,39 35,86 37,48

8 35,45 36,98 36,51 38,12

15 36,55 38,10 37,56 39,22

30 36,80 38,31 37,77 39,41 38,07

2 46,30 48,02 47,42 49,20 47,74

4 46,40 48,06 47,51 49,25

8 47,05 48,70 48,28 49,82

15 47,22 48,77 48,31 49,95

30 47,39 48,99 48,52 50,18 48,77

RECALQUE

MÉDIO NO TOPO

(mm)

7º

8º

9º

1.118,24

1.251,88

1.399,16

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

LEITURAS EXTENSÔMETROS (mm)

10º 1.472,80

Tabela A.8 – Leituras da prova de carga da estaca E3 – Etapa de descarregamento.

1234

** 1.472,8 - 48,99 50,75 50,11 51,45 50,33

2 48,96 50,61 50,07 51,37 50,25

4 48,96 50,61 50,07 51,37

8 48,95 50,60 50,07 51,37

15 48,94 50,60 50,07 51,37 50,25

2 48,68 50,26 49,71 51,09 49,94

4 48,68 50,25 49,70 51,09

8 48,67 50,25 49,70 51,08

15 48,66 50,24 49,70 51,07 49,92

2 47,99 49,52 48,81 50,52 49,21

4 47,98 49,51 48,81 50,51

8 47,91 49,47 48,78 50,47

15 47,88 49,95 48,77 50,46 49,27

2 46,88 47,99 47,56 49,78 48,05

4 46,85 47,94 47,53 49,74

8 46,82 47,91 47,50 49,72

15 46,80 47,91 47,50 49,70 47,98

4º

1.104,6

736,4

368,2

RECALQUE

MÉDIO NO TOPO

(mm)

1º

2º

3º

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

LEITURAS EXTENSÔMETROS (mm)

155

Tabela A.9 – Leituras das estacas de reação da prova de carga da estaca E3 – Etapas de

carregamento e descarregamento.

ESTACA 1 ESTACA 2

0,01 0,06

0,01 0,07

0,04 0,16

0,10 0,45

0,11 0,56

0,18 0,76

0,22 1,12

0,29 1,21

0,35 1,56

0,40 1,61

0,56 2,10

0,62 2,18

0,91 2,70

1,00 2,85

1,52 3,42

1,60 3,55

1,95 4,37

2,05 4,48

3,72 5,25

3,75 5,41

3,83 5,57

3,83 5,56

3,40 4,48

3,37 4,46

2,70 3,10

2,68 3,07

1,35 1,80

1,16 1,40

13º 184,1

14º 0

11º 552,3

12º 368,2

9º 699,6

10º 736,4

7º 559,1

8º 625,9

5º 405,0

6º 478,7

3º 257,7

4º 331,4

1º 92,1

2º 184,1

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

LEITURAS EXTENSÔMETROS

156

Tabela A.10 – Leituras da prova de carga da estaca E4 – Etapa de carregamento.

2 0,28 0,35 0,32

4 0,28 0,36

8 0,30 0,36

15 0,30 0,37

30 0,31 0,37 0,34

2 0,92 0,85 0,89

4 0,95 0,86

8 0,96 0,86

15 0,98 0,88

30 0,98 0,90 0,94

2 2,73 2,57 2,65

4 2,75 2,58

8 2,78 2,59

15 2,81 2,59

30 2,81 2,59 2,70

2 5,50 5,30 5,40

4 5,55 5,34

8 5,64 5,44

15 5,68 5,47

30 5,70 5,50 5,60

2 9,10 9,12 9,11

4 9,11 9,15

8 9,15 9,19

15 9,19 9,23

30 9,20 9,25 9,23

2 12,85 13,05 12,95

4 12,88 13,06

8 12,96 13,14

15 12,99 13,18

30 13,02 13,22 13,12

2 17,55 17,72 17,635

4 17,76 17,99

8 17,81 18,09

15 17,88 18,19

30 17,88 18,19 18,035

2 22,81 23,05 22,93

4 22,84 23,07

8 22,95 23,19

15 23,08 23,32

30 23,21 23,46 23,335

2 27,8 27,95 27,875

4 28,03 28,21

8 28,12 28,3

15 28,29 28,45

30 28,56 28,73 28,645

2 32,15 32,8 32,475

4 32,31 32,98

8 32,46 33,1

15 32,73 33,34

30 33,03 33,62 33,325

10º

1.104,6

1.251,9

1.399,2

1.491,2

957,3

7º

8º

515,5

662,8

810,0

9º

LEITURAS EXTENSÔMETROS

RECALQUE MÉDIO

NO TOPO (mm)

1º

2º

184,1

368,2

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

3º

4º

5º

6º

157

Tabela A.11 – Leituras da prova de carga da estaca E4 – Etapa de descarregamento.

** 149.121 - 34,56 34,83 34,70

1º 111.841 2 34,36 34,72 34,54

4 34,36 34,72

8 34,36 34,71

15 34,35 34,70 34,53

2º 74.561 2 33,58 34,15 33,87

4 33,58 34,15

8 33,56 34,14

15 33,56 34,13 33,85

3º 37.280 2 32,52 33,18 32,85

4 32,51 33,18

8 32,51 33,18

15 32,51 33,17 32,84

4º 0 2 31,00 31,75 31,38

4 30,96 31,70

8 30,91 31,66

15 30,79 31,58 31,19

RECALQUE MÉDIO

NO TOPO (mm)

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

LEITURAS EXTENSÔMETROS

158

Tabela A.12 – Leituras das estacas de reação da prova de carga da estaca E4 – Etapas de

carregamento e descarregamento.

ESTACA 1 ESTACA 2

0,06 0,03

0,18 0,30

0,20 0,30

0,28 0,36

0,31 0,39

0,39 0,50

0,41 0,52

1,55 6,04

1,58 6,04

2,72 15,35

2,75 15,38

3,20 26,40

3,24 26,71

4,51 42,03

4,92 42,27

5,10 53,35

5,45 54,60

7,65 74,78

7,86 75,03

7,81 75,25

7,80 75,23

6,07 73,80

6,03 73,76

5,18 71,88

5,12 71,80

4,72 70,73

4,66 70,68

559,203

372,8025

186,4012

11º

12º

13º

14º

9º 699,6

10º 745,6

7º 552,3

8º 625,9

5º 405,0

6º 478,7

3º 257,7

4º 331,4

1º 92,1

2º 184,1

ESTÁGIO

CARGA

(kN)

TEMPO

(min)

LEITURAS EXTENSÔMETROS

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