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FEN/UERJ
Dissertação de Mestrado
Contribuição à Confiabilidade de Estacas Cravadas através de um
Estudo de Caso com Aplicação da Teoria Bayesiana
Autor: Eduardo Vidal Cabral
Orientadora: Bernadete Ragoni Danziger
Co-orientador: Marcus Pacheco
Centro de Tecnologia e Ciências
Faculdade de Engenharia
PGECIV – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil
Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Julho de 2008
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Contribuição à Confiabilidade de Estacas Cravadas através de um
Estudo de Caso com Aplicação da Teoria Bayesiana
Eduardo Vidal Cabral
Dissertação apresentada ao PGECIV - Programa de Pós-
Graduação em Engenharia Civil da Universidade do Estado
do Rio de Janeiro – UERJ, como parte dos requisitos
necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia
Civil. Ênfase: Geotecnia.
Aprovada pela Comissão Examinadora abaixo assinada
Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Julho de 2008.
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Ficha Catalográfica
C117
CABRAL, EDUARDO VIDAL
Contribuição à Confiabilidade de Estacas Cravadas
através de um Estudo de Caso com Aplicação da Teoria
Bayesiana [Rio de Janeiro] 2008.
xxii , 136 p. 29,7 cm (FEN/UERJ, Mestrado, PGECIV -
Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil - Área
de Concentração: Geotecnia, 2008)
v, 136 f. : il. ; 30 cm
Dissertação - Universidade do Estado do Rio de Janeiro
- UERJ
1. Fundações Profundas
2. Confiabilidade
3. Estudo do Caso
I. FEN/UERJ II. Título (série) CDU.624.151.2.1
A Deus, por iluminar meu caminho em todos os
momentos dessa jornada. Aos meus familiares e
amigos pelo incentivo constante.
Agradecimentos
Àquela que deu origem ao meu fascínio pelo assunto Fundações durante as suas brilhantes
aulas ministradas na graduação da Universidade Federal Fluminense, sempre solícita,
dedicada, delicada, exemplo de pesquisadora; minha orientadora Bernadete Ragoni
Danziger. Ela esteve sempre presente em todos os momentos dessa caminhada, sendo o
“carro chefe” dessa dissertação.
Ao meu co-orientador Marcus Pacheco, pelo enriquecimento do trabalho com seus
conceitos estatísticos, pela generosidade e brilhantismo de sempre.
Aos Professores Paulo Eduardo Lima de Santa Maria e Sandro Sandroni pela generosidade
de participarem da Banca examinadora.
Aos Professores do PGECIV Ana Cristina Castro Fontenla Sieira, José Guilherme, Denise
Gerscovich, Luiz Biondi e Luciano Lima e ao Professor Paulo Frederico Monteiro pelo apoio
constante durante a Tese.
Ao meu avô Hermelindo de Souza Cabral (i.m) por ser o maior incentivador e entusiasta
pela busca do conhecimento.
Aos meus pais Hermelindo Cabral e Edna Vidal pelo apoio incondicional em todos os
momentos dessa jornada.
Ao meu tio Luiz Carlos Cabral pelo exemplo de profissional, ética e amor à profissão.
À minha vó Lila Cabral pelos carinhos e palavras de incentivo, além dos lanches
maravilhosos dos finais de semana.
Ao meu irmão Diogo Vidal pelo apoio de sempre.
À minha tia Leocádia Correa pelas palavras de incentivo e o bom humor contagiante.
Aos meus tios João Batista Correa e Paulo pelas dicas profissionais e incentivos de sempre.
Ao amigo Gustavo da Incopre, pela ajuda na complementação dos dados.
À minha namorada Danielle Barbosa pelo amor, companheirismo e compreensão durante a
elaboração desse trabalho.
A todos da Geoprojetos Engenharia, pelo incentivo de sempre.
Aos amigos Leonardo Marques, Leonardo Deotti e André Freitas.
À Construtora Agenco, em especial aos Engenheiros Guilherme Goldberg, Roberto Saad e
Marcelo Jacomine pela disponibilização dos dados.
À PDI Engenharia, em especial à Gina Beim pelo suporte na utilização do Software
GRLWEAP.
À Geomec, em especial à Engenheira Claudia Costa pela complementação dos dados dos
ensaios de prova de carga dinâmica.
Aos amigos do Mestrado, Bruno Lima, Mariana Duarte, Marcos, Daniel, Jeffson, Ludma, em
especial, ao grande amigo Juliano.
Aos amigos Ulisses Pivetti, Rodrigo Belém, Mauricio Sgarbi, Eduardo Melo, Aline Carvalho e
Maria Luisa pelo apoio constante durante a elaboração da minha dissertação.
Resumo
Cabral, Eduardo Vidal; Danziger, Bernadete Ragoni (Orientadora); Pacheco, Marcus
P. (Co-orientador). Contribuição à Confiabilidade de Estacas Cravadas através de
um Estudo de Caso com Aplicação da Teoria Bayesiana. Rio de Janeiro, 2008.
136p. Dissertação de Mestrado – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil,
Universidade do Estado do Rio de Janeiro.
Nos diversos segmentos da Geotecnia e em especial na área de fundações, o
engenheiro se depara com uma série de incertezas. Algumas destas incertezas são inerentes à
variabilidade local do solo, às condições de carregamento, aos efeitos do tempo, às diferenças
nos processos executivos, erros de sondagens, que influenciam diretamente a estimativa da
capacidade de carga da fundação, seja por ocasião de seu carregamento estático, seja durante
ou logo após a cravação.
O objetivo desta dissertação é a adaptação, a estacas em terra (“onshore”), de um
procedimento concebido originalmente para emprego em estacas “offshore”, que trata da
atualização da estimativa da resistência durante a cravação, com base em registros
documentados durante a execução. Neste procedimento a atualização é feita através da
aplicação dos conceitos da análise Bayesiana, assumindo que os parâmetros da distribuição
probabilística utilizada sejam variáveis randômicas. A incerteza dos parâmetros é modelada
por distribuições “a priori” e “a posteriori”. A distribuição “a posteriori” é calculada pela
atualização da distribuição “a priori”, utilizando uma função de máxima verossimilhança, que
contém a observação obtida dos registros de cravação.
O procedimento é aplicado a um conjunto de estacas de um extenso estaqueamento
executado na Zona Oeste do Rio de Janeiro. As estimativas atualizadas são posteriormente
comparadas aos resultados dos ensaios de carregamento dinâmico.
Várias aplicações podem surgir com o emprego deste procedimento, como a seleção das
estacas que, por apresentarem reduzido valor de estimativa atualizada de resistência, ou
uma maior incerteza desta estimativa, devam ser submetidas a provas de carga.
A extensão deste estudo a diferentes tipos de estacas em perfis de solo de natureza
distintos poderá levar ao desenvolvimento de sistemas mais adequados de controle de
execução, capazes de identificar as principais incertezas presentes nos diferentes tipos de
execução de estacas, contribuindo assim para a otimização de futuros projetos de
fundações.
Palavras-chave
Fundações Profundas, Confiabilidade, Estudo de Caso.
Abstract
Cabral, Eduardo Vidal; Danziger, Bernadete Ragoni (Advisor); Pacheco, Marcus P.
(Co-Advisor). Contribution to the Reliability of Driven Piles by means of a Case
Study with the Application of Bayesian Theory, Rio de Janeiro, 2008. 136p. MsC.
Dissertation – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Universidade do
Estado do Rio de Janeiro.
In several branches of Soil Mechanics, particularly on foundation design, engineers
are faced with a series of uncertainties. Some uncertainties are due to local soil variability,
loading conditions, time effects, differences in construction processes, errors in soil borings
that may directly influence the bearing capacity of the foundation during static loading or after
its driving, among others.
The present research aimed at the adaptation of a procedure originally conceived for
offshore piles for use also in onshore piles. It consists in updating the soil resistance
estimated during driving, based on driving records. In this approach the updating is
performed by the application of Bayesian analysis, assuming that the parameters of the
probabilistic distribution are random variables. The uncertainties of the parameters are
modeled by “a-priori” and “a-posteriori” distributions. The “a-posteriori” distribution is
calculated by updating the “a priori” distribution, using a maximum likelihood function which
contains the information obtained from available driving records.
The procedure is applied to piles from an extensive piling of a construction located in
the West Zone of Rio de Janeiro City. The updated estimates are then compared to results of
dynamic loading tests.
Different practical applications can arise by using this procedure, as a better selection
of piles for loading tests among those with the lowest updated bearing capacity or the
greatest uncertainty in the updated predictions.
The extension of this study to different pile types in soil profiles of distinct nature may
lead to the development of more adequate rules for execution control, thus contributing to the
optimization of future deep foundations design.
Key-words
Deep Foundations, Reliability, Case Study
Sumário
1. Introdução ........................................................................................................................ 20
1.1. Relevância e Objetivos .................................................................................................................20
1.2. Motivação.......................................................................................................................................20
1.3. Estrutura da Dissertação..............................................................................................................21
2. Revisão Bibliográfica ...................................................................................................... 22
2.1. Introdução......................................................................................................................................22
2.2. Resistência do Solo durante a Cravação....................................................................................22
2.2.1. Método de Toolan e Fox (1977).............................................................................................. 23
2.2.1.1. Caso de argilas ................................................................................................................ 24
2.2.1.2. Caso de areias ................................................................................................................. 27
2.2.2. Método de Semple e Gemeinhardt (1981).............................................................................. 27
2.2.3. Método de Stevens et al. (1982) ............................................................................................. 31
2.2.3.1 Solos argilosos .................................................................................................................. 32
2.2.3.2 Solos arenosos.................................................................................................................. 32
2.3. Aplicação da Teoria Bayesiana ao Estudo da Confiabilidade das Fundações ......................34
3. Registros da Obra............................................................................................................38
3.1. Descrição da Obra.........................................................................................................................38
3.2. Caracterização Geotécnica ..........................................................................................................40
3.3. Tipo de Estaca Empregada ..........................................................................................................42
3.4. Execução do Estaqueamento ......................................................................................................43
3.5. Controle do Estaqueamento ........................................................................................................43
3.5.1. Ensaios Realizados................................................................................................................. 45
3.5.2. Escolha dos Setores Analisados na Presente Pesquisa ........................................................ 47
4. Estimativa da Resistência do Solo Durante a Cravação.............................................. 48
4.1. Método de Decourt e Quaresma (1978).......................................................................................49
4.2. Método do Corpo de Engenheiros do Exército Americano......................................................50
4.2.1. Estacas em solos não coesivos (de comportamento drenado) .............................................. 50
4.2.1.1 Atrito Lateral ..................................................................................................................... 50
4.2.1.2. Resistência de ponta........................................................................................................ 51
4.2.2. Estacas em solos coesivos (de comportamento não drenado) .............................................. 52
4.2.2.1. Atrito lateral ...................................................................................................................... 52
4.2.2.2. Resistência de ponta........................................................................................................ 54
4.2.3. Estacas em solos siltosos ....................................................................................................... 55
4.2.4. Estacas em solos estratificados.............................................................................................. 55
4.2.5. Parâmetros geotécnicos selecionados ................................................................................... 56
4.3. Valores Esperados e Variância da Capacidade de Carga.........................................................57
4.4. Considerações e Simplificações Empregadas na Análise .......................................................59
4.4.1. Divisão da área em regiões representativas........................................................................... 59
4.4.2. Simplificações Incluídas na Planilha do Método Decourt e Quaresma (1978)....................... 60
4.5. Resultados das Análises para o Método de Decourt-Quaresma .............................................65
4.6. Resultados das Análises para o Método US Army Corps of Engineers .................................68
4.7. Comparação entre as Estimativas “A Priori” da Resistência durante a Cravação pelos dois
Modelos de Cálculo..............................................................................................................................70
5. Retro análise da Resistência do Solo Durante a Cravação a Partir dos Registros de
Campo. Função de Verossimilhança................................................................................. 72
5.1. Generalidades................................................................................................................................72
5.2. Procedimento Utilizado nas Análises da Estimativa “Objetiva”..............................................75
5.3. Resumo dos Resultados do Valor Esperado e Variância da Estimativa “Objetiva”..............78
6. Atualização da Capacidade de Carga............................................................................ 80
6.1. Generalidades................................................................................................................................80
6.2. Resumo dos Resultados do Valor Esperado e Variância da Estimativa Atualizada “a
Posteriori”.............................................................................................................................................81
6.3. Qualidade da Atualização.............................................................................................................84
6.4. Comparação entre as Estimativas “A Posteriori” da Resistência durante a Cravação pelos
dois Modelos de Cálculo .....................................................................................................................86
7. Comparação entre as Resistências Atualizadas durante a Cravação (“A Posteriori”)
com os Resultados das Provas de Carga Dinâmicas ...................................................... 88
8. Conclusões e Sugestões para Pesquisas Futuras....................................................... 98
8.1. Conclusões ....................................................................................................................................98
8.2. Sugestões para Pesquisas Futuras ..........................................................................................101
Anexo A - Setores Analisados, Dados das Sondagens e Diagramas de Cravação das
Estacas Analisadas ........................................................................................................... 107
Anexo B - Determinação do Valor Esperado e Variância para o Método de Decourt e
Quaresma (1978)................................................................................................................ 115
B.1. Atrito Lateral ...............................................................................................................................115
B.2. Resistência de Ponta..................................................................................................................117
Anexo C - Determinação do Valor Esperado e Variância para o Método do Corpo de
Engenheiros do Exército Americano............................................................................... 119
C.1.1. Atrito Lateral ......................................................................................................................... 119
C.1.1.1. Estacas em solos não coesivos .................................................................................... 119
C.1.1.2. Estacas em solos coesivos............................................................................................ 121
C.1.2. Resistência de Ponta............................................................................................................ 121
C.1.2.1. Solos Arenosos.............................................................................................................. 121
C.1.2.2. Solos argilosos .............................................................................................................. 121
Anexo D - Método de Decourt e Quaresma (1978) ......................................................... 122
Anexo E - Resultados das Análises para a Estaca P169 do Setor M para o Método de
Decourt e Quaresma.......................................................................................................... 126
Anexo F - Resultados das Análises para a Estaca P169 do Setor M para o Método do
US Army Corps of Engineers (2005)................................................................................ 127
Anexo G - Procedimento Utilizado nas Análises da Estimativa “Objetiva” para a Estaca
P157 do Setor M................................................................................................................. 133
Lista de Figuras
Figura 2.1. Aplicação típica do Método de Toolan e Fox (1977). ......................................................... 25
Figura 2.2 – Efeito do pré-adensamento na resistência ao cisalhamento não drenada....................... 29
Figura 2.3 – Fator de capacidade de carga ajustado em função do OCR. .......................................... 30
Figura 2.4 Fator de segurança e probabilidade de ruptura, Lacasse e Nadim (1994). ........................ 34
Figura 2.5 Relação entre as distribuições “a priori”, a função de verossimilhança e a distribuição “a
posteriori”....................................................................................................................................... 36
Figura 3.1 - Localização do Empreendimento (após a construção). .................................................... 38
Figura 3.2 – Divisão dos Setores e Quadras. ....................................................................................... 39
Figura 3.3 - Ilustração do Embasamento.............................................................................................. 39
Figura 3.4 – Resultados dos ensaios Vane de campo, Geoprojetos (2004). ....................................... 41
Figura 3.5 – Análise do Controle do Estaqueamento (caso típico)....................................................... 44
Figura 4.1 Fator de capacidade de carga
q
N , US Corps of Engineers (2005).................................... 52
Figura 4.2 Valores de
α
em função de
U
S , US Corps of Engineers (2005). ..................................... 53
Figura 4.3 Valores de α1 e α2 para estacas muito longas, US Corps of Engineers (2005)................. 54
Figura 4.4 Planta com regiões representativas para cada grupo de sondagens. ................................ 59
Figura 4.5 Perfil típico do Grupo D de sondagens do Setor M. ............................................................ 60
Figura 4.7 Coeficiente de Correlação para análise com N
AJUST
utilizando-se o artifício do Expurgo... 62
Figura 4.8 Coeficiente de Correlação para análise com fs
AJUST
. .......................................................... 63
Figura 4.9. Comparação da resistência com a profundidade levando-se em consideração a análise do
embuchamento da Estaca P157, do Grupo D de Sondagens do Setor M. .................................. 64
Figura 4.10. Correlação, passando pela origem, entre os valores esperados “a priori” de resistência
oferecida pelo solo durante a cravação pelos dois modelos. ....................................................... 71
Figura 5.1. Resistência mobilizada durante a cravação versus número de golpes por penetração. ... 76
Figura 5.2. Obtenção dos limites (inferior e superior) do número de golpes por penetração,
correspondentes ao valor esperado da resistência mobilizada durante a cravação.................... 76
Figura 5.3. Obtenção dos limites (inferior e superior) da resistência do solo durante a cravação em
função do número de golpes por penetração. .............................................................................. 78
Figura 6.1. Relação entre as distribuições “a priori”, de verossimilhança e “a posteriori” das
resistências do solo durante a cravação, Guttormsen (1987), Lacasse e Goulois (1989), Lacasse
et al. (1991). .................................................................................................................................. 80
Figura 6.2. Correlação, passando pela origem, entre os valores esperados “a posteriori” de resistência
oferecida pelo solo durante a cravação pelos dois modelos. ....................................................... 87
Figura 7.1. Gráfico de Comparação da Resistência durante a Cravação Atualizada com os Resultados
das Provas de Carga Dinâmicas para os Setores analisados, tendo como base o Método de
Decourt e Quaresma para estimativa a priori. .............................................................................. 91
Figura 7.2. Comparação da Resistência durante a Cravação Atualizada com os Resultados das
Provas de Carga Dinâmicas para os Setores analisados, tendo como base o Método do Us
Corps para estimativa a priori. ...................................................................................................... 93
Figura 7.3. Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização procedida pelo método
de Decourt-Quaresma (1978). ...................................................................................................... 94
Figura 7.4. Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização procedida pelo método
do US Corps of Engineers............................................................................................................. 94
Figura 7.5. Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização pelo método de
Decourt-Quaresma (1978). Estacas com ponta em solo residual arenoso. ................................. 95
Figura 7.6. Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização pelo método Decourt-
Quaresma (1978). Estacas com ponta em solo residual argiloso. ............................................... 95
Figura 7.7 Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização pelo método do US
Corps of Engineers (2005). Estacas com ponta em solo residual arenoso.................................. 96
Figura 7.8. Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização pelo método do US
Corps of Engineers (2005). Estacas com ponta em solo residual argiloso. ................................. 97
Figura A.1. Nuvem de NSPT para o Setor N. ..................................................................................... 107
Figura A.2. Diagrama de Cravação das Estacas do Setor N.............................................................. 108
Figura A.3. Nuvem de NSPT para o Setor M...................................................................................... 109
Figura A.4. Diagrama de Cravação das Estacas do Setor M. ............................................................ 110
Figura A.5. Nuvem de NSPT para o Setor G...................................................................................... 111
Figura A.6. Diagrama de Cravação das Estacas do Setor G. ............................................................ 112
Figura A.7. Nuvem de NSPT para o Setor F....................................................................................... 113
Figura A.8. Diagrama de Cravação das Estacas do Setor F. ............................................................. 114
Figura G.1. Resistência mobilizada durante a cravação versus número de golpes por penetração
obtido para a Estaca P157 do Setor M. ...................................................................................... 133
Figura G.2. Obtenção dos limites (inferior e superior) do número de golpes por penetração,
correspondentes ao valor esperado da resistência mobilizada durante a cravação para a estaca
P157 do Setor M.......................................................................................................................... 134
Figura G.3. Obtenção dos limites (inferior e superior) da resistência do solo durante a cravação em
função do número de golpes por penetração para a Estaca P157 do Setor M.......................... 136
Lista de Tabelas
Tabela 2.1. Valores de
δ
e
máx
f propostos por Stevens et al (1982)................................................. 33
Tabela 2.2 Valores de
q
N e
max
q propostos por Stevens et al (1982). ............................................... 33
Tabela 3.1 – Descrição Geotécnica da Camada Superficial Muito Mole, Sandroni e Deotti (2008). ... 40
Tabela 3.2 – Parâmetros de Compressibilidade e Resistência da Camada Superficial Muito Mole,
Sandroni e Deotti (2008). .............................................................................................................. 41
Tabela 3.3 – Cargas de trabalho das estacas do Embasamento (Geomec, 2006).............................. 43
Tabela 3.4 Distribuição das Provas de Carga Dinâmica nos Embasamentos. .................................... 45
Tabela 3.5 – Resultados dos ensaios e fator de segurança de cada estaca ensaiada........................ 46
Tabela 3.6 – Resumo das variabilidades para seleção dos setores analisados. ................................. 47
Tabela 4.1. Parâmetros da distribuição “a priori” da resistência do solo durante a cravação para os
Setores Analisados. ...................................................................................................................... 65
Tabela 4.2. Comparação entre os coeficientes de variação da parcela de ponta e atrito na previsão “a
priori” para o Setores analisados. ................................................................................................. 66
Tabela 4.3. Natureza do solo no trecho de embutimento da ponta da estaca. .................................... 67
Tabela 4.4. Parâmetros da distribuição “a priori” da resistência do solo durante a cravação para o
Método do US Army Corps of Engineers (2005) para os Setores analisados.............................. 68
Tabela 4.5. Comparação entre os coeficientes de variação da parcela de ponta e atrito na previsão “a
priori” para o Método do US Army Corps of Engineers (2205) para os Setores analisados. ....... 69
Tabela 5.1. Parâmetros da distribuição da função de verossimilhança da resistência do solo durante a
cravação para os Setores analisados. .......................................................................................... 78
Tabela 6.1. Parâmetros da distribuição “a posteriori” da resistência do solo durante a cravação para o
Método de Decourt-Quaresma para os Setores analisados......................................................... 82
Tabela 6.2. Parâmetros da distribuição “a posteriori” da resistência do solo durante a cravação para o
Método do US Army Corps (2005) para os Setores analisados................................................... 83
Tabela 6.3. Verificação da qualidade da atualização para os Setores analisados levando-se em
consideração o Método de Decourt e Quaresma para análise a priori......................................... 85
Tabela 6.4. Verificação da qualidade da atualização para os Setores analisados levando-se em
consideração o Método do US Army Corps os Engineers para análise a priori........................... 85
Tabela 7.1. Relação das estacas analisadas, data do final da cravação, da realização dos ensaios,
intervalo entre os dois eventos e natureza do solo na profundidade de embutimento da ponta das
estacas. ......................................................................................................................................... 88
Tabela 7.2. Comparação da Resistência durante a Cravação Atualizada com os Resultados das
Provas de Carga Dinâmicas para os Setores analisados, tendo como base o Método de Decourt
e Quaresma para estimativa a priori. ............................................................................................89
Tabela 7.3. Comparação da Resistência durante a Cravação Atualizada com os Resultados das
Provas de Carga Dinâmicas para os Setores analisados, tendo como base o Método do Us
Corps para estimativa a priori. ...................................................................................................... 91
Tabela B.1. Valores de Decourt e Quaresma, (1978)......................................................................... 118
Tabela D.1. Valores de adesão sugeridos por Decourt e Quaresma (1978)...................................... 122
Tabela D.2. Valores de C utilizados por Decourt para estacas escavadas........................................ 125
Lista de Símbolos
I
A
Área lateral interna
P
A
Área de ponta total da estaca (anel e bucha)
S
A
Área lateral externa
W
A
Área de ponta do anel da estaca
a
c
Adesão entre a argila e a estaca
C
C
Índice de compressão virgem
D
Indicador de falha
C
D
Profundidade crítica
e
Índice de vazios
f
e
Valor médio da eficiência do ensaio SPT
P
F
Fator de capacidade de carga
i
f
Atrito unitário interno durante a cravação
s
f
Atrito unitário externo durante a cravação
IP Índice de Plasticidade
L
Comprimento da estaca
n Número de camadas de solo
q
N
Fator de capacidade de carga
C
N
Fator de capacidade de carga
N
SPT
Valor do N
SPT
padrão brasileiro
N
SPT EUA
Valor do N
SPT
padrão americano
OCR Razão de pré-adensamento (Over Consolidation Ratio)
a
p
Tensão de referência
P
Perímetro da estaca
C
q
Resistência de ponta do cone
p
q
Resistência unitária de ponta durante a cravação
P
Q
Parcela de carga de ruptura resultante da ponta da estaca
rupt
Q
Capacidade de carga da estaca
S
q
Adesão ao longo do fuste
S
Q
Parcela de carga de ruptura resultante do atrito ao longo do fuste
T
q
Resistência de ponta corrigida do piezocone
U
Q
Carga de ruptura da estaca
R
Coeficiente de explicação
SRD
Resistência do solo mobilizada durante a cravação da estaca
PCD
SRD
Resultado da prova de carga dinâmica
U
S
Resistência não drenada da argila.
UNC
S
Resistência não drenada das argilas normalmente adensadas
ur
S
Resistência amolgada da argila
I
Resistência média do cone abaixo da ponta da estaca
II
Resistência mínima do cone medida abaixo da ponta da estaca e acima da
mesma
α
Fator de adesão
δ
Ângulo de atrito entre a estaca (metálica) e o solo
S
Q∆
Variação do atrito lateral estimado pelo método estático da API
S
R∆
Variação do atrito lateral durante a cravação
φ
Diâmetro da Estaca
φ
′
Ângulo de atrito interno do solo
tc
φ
Ângulo de atrito para camadas de solos arenosos em ensaios triaxiais de
compressão
N
µ
Valor esperado do número de golpes
itelim
τ
µ
Valor do atrito lateral unitário limite
P
Q
µ
Valor esperado da resistência prevista originalmente (“a priori”)
L
Q
µ
Valor esperado da resistência a partir dos dados de cravação no campo (função
de verossimilhança)
rupt
Q
µ
Valor esperado da capacidade de carga
1
η
Limite inferior do número de golpes
2
η
Limite superior do número de golpes
k
Coeficiente de empuxo
Ω
Coeficiente de variação relativo à incerteza das demais variáveis
P
Q
σ
Desvio padrão “a priori”
V
σ
′
Tensão efetiva vertical
H
2
σ
Variância relativa à eficiência do martelo
L
2
σ
Variância relativa à incerteza nos demais parâmetros.
2
T
σ
Variância total
2
Q
σ
Variância da distribuição atualizada da resistência do solo durante a cravação (“a
posteriori”)
P
P
,2
σ
Variância da distribuição prevista originalmente, pelos ensaios de campo, “a
priori”
L
Q
,2
σ
Variância obtida a partir dos registros de cravação (pela função de
verossimilhança)
2
rupt
Q
σ
Variância da capacidade de carga
S
τ
Resistência unitária por atrito lateral
Lista de Abreviaturas
API
American Petroleum Institute
CAPWAP
Case Pile Wave Analysis Program
CPT
Cone Penetration Test
CPTU Cone Penetration Test com medida de poropressão
FEN Faculdade de Engenharia
FOSM
First Order Second Moment
NGI
Norwegian Geotechnical Institute
PGECIV Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
SPT
Standard Penetration Test
SRD
Soil Resistence During Driving
UERJ Universidade do Estado do Rio de Janeiro
“Um homem não é grande pelo que faz, mas pelo que renuncia”.
Albert Schweitzer
20
1. Introdução
1.1. Relevância e Objetivos
Na área de fundações, a exemplo dos diversos segmentos da Geotecnia, o engenheiro se
vê diante de uma série de incertezas. Algumas incertezas são inerentes à variabilidade natural
do solo, mesmo em depósitos relativamente homogêneos, à determinação das solicitações
atuantes nos elementos de fundação, aos efeitos do tempo, às diferenças nos processos
construtivos, erros humanos, erros de sondagens, entre outras. Estas incertezas influenciam
diretamente a estimativa da capacidade de carga da fundação, seja por ocasião de seu
carregamento estático, seja durante ou logo após a cravação.
O objetivo desta dissertação é a adaptação, a estacas em terra (“on-shore”), de um
procedimento concebido originalmente para emprego em estacas “offshore”, que trata da
atualização da resistência do solo mobilizada pela estaca durante a cravação com base em
registros documentados durante a execução. Neste procedimento a atualização é procedida
através da aplicação dos conceitos da análise Bayesiana, assumindo que os parâmetros da
distribuição probabilística utilizada são variáveis randômicas. A incerteza dos parâmetros é
modelada por distribuições “a priori” e “a posteriori”. A distribuição “a posteriori” é calculada
pela atualização da distribuição “a priori”, utilizando uma função de máxima verossimilhança,
que contém a observação obtida dos registros de cravação.
O procedimento é aplicado a um conjunto de estacas de um extenso estaqueamento
executado na Zona Oeste do Rio de Janeiro. Estas estacas foram selecionadas entre aquelas
que foram submetidas a ensaio de carregamento dinâmico.
Vislumbra-se uma série de futuras aplicações práticas deste procedimento, entre as quais
a seleção, num extenso estaqueamento, das estacas a serem submetidas a provas de
carga.
1.2. Motivação
A disponibilidade de uma vasta documentação, com registros completos de execução de
um estaqueamento muito extenso, possibilitou o desenvolvimento desta pesquisa. O autor
teve a oportunidade de trabalhar no projeto desta obra, tendo também observado, quando
das visitas à obra, o controle da execução das estacas, cujos registros foram cedidos como
banco de dados para o desenvolvimento da pesquisa.
21
A motivação surgiu da possibilidade de analisar a aleatoriedade das principais variáveis
envolvidas nos modelos de cálculo empregados na estimativa “a priori” e da atualização
desta estimativa, obtendo-se uma estimativa “a posteriori”. Esta atualização resulta numa
estimativa da resistência mobilizada durante a cravação com maior confiabilidade, uma vez
que a incerteza diminui com a incorporação, na análise, de registros de campo específicos
da estaca executada. O procedimento objetiva contribuir para uma melhor avaliação do
desempenho de fundações.
1.3. Estrutura da Dissertação
Após esta introdução é apresentada no capítulo 2 uma revisão bibliográfica sobre o
assunto, onde se procurou resumir os métodos usualmente empregados na estimativa da
resistência do solo durante a cravação de estacas “offshore”. Nesta revisão bibliográfica
também foi destacada a aplicação da teoria Bayesiana ao estudo da confiabilidade das
fundações.
O capítulo 3 resume os registros da obra, caracterizando o subsolo, o tipo de estaca
empregada e o controle do estaqueamento.
O capítulo 4 trata da estimativa “a priori” da resistência do solo durante a cravação.
Neste capítulo se concentram as principais contribuições deste trabalho, uma vez que
foram introduzidas algumas adaptações a dois métodos de cálculo de estimativa de
capacidade de carga estática que costumam ser empregados em estacas em terra,
visando prever as condições de resistência presentes ao final da cravação. Estas
adaptações foram feitas com base na experiência empregada nas análises offshore,
descritas no capítulo 2. Cabe destacar também o desenvolvimento das expressões que
determinam o valor esperado e a variância da estimativa “a priori” para os dois métodos
empregados na pesquisa.
O capítulo 5 apresenta a retro-análise da resistência do solo durante a cravação, na qual
se baseia a estimativa da distribuição probabilística de verossimilhança.
O capítulo 6 apresenta a atualização da estimativa do solo durante a cravação, com a
aplicação direta da teoria Bayesiana.
No capítulo 7 são comparadas as estimativas atualizadas da resistência do solo durante
a cravação com os resultados das provas de carga dinâmicas, realizadas após certo
intervalo da cravação.
O capítulo 8 resume as principais conclusões da pesquisa, bem como algumas
sugestões para trabalhos futuros nesta área.
22
2. Revisão Bibliográfica
2.1. Introdução
Este capítulo contempla uma revisão bibliográfica breve dos principais temas
abordados no trabalho de pesquisa: a resistência do solo durante a cravação e a
metodologia de atualização da capacidade de carga, a partir dos registros de cravação,
utilizando o enfoque de Bayes (Ang e Tang, 1984).
2.2. Resistência do Solo durante a Cravação
A resistência estática mobilizada durante a cravação contínua de uma estaca difere
da capacidade de carga estática, embora sua estimativa seja procedida de forma bastante
similar. A resistência durante a cravação, conhecida na literatura como SRD, “soil resistance
during driving”, é que deve ser relacionada ao número de golpes por penetração numa
análise pela equação da onda. Semelhantemente à estimativa pelos métodos estáticos, a
resistência durante a cravação é a soma das forças de resistência mobilizadas ao longo do
fuste e na ponta da estaca. A resistência de ponta é estimada através do produto da
resistência unitária mobilizada na ponta multiplicada pela área da base da estaca e o atrito
lateral é obtido pela soma das parcelas obtidas pela multiplicação do atrito médio mobilizado
durante a cravação em cada uma das camadas pela área da superfície de embutimento da
estaca na camada considerada.
Vários métodos de cálculo são disponíveis para a determinação do atrito lateral
unitário e da resistência de ponta, seja através de resultados de ensaios de laboratório,
realizados em amostras de solo, seja através de ensaios de campo. Os métodos mais
aplicados na engenharia “offshore” são os métodos derivados da API (American Petroleum
Institute, 2002) ou do método conhecido como CPT (De Ruiter e Fox, 1975; Begemann,
1963; Toolan e Fox, 1977). O primeiro é baseado em resultados de ensaios de laboratório
em amostras retiradas do local da obra. O problema inerente a este método consiste na
possibilidade de amolgamento das amostras durante sua retirada e preparação dos corpos
de prova no laboratório, além da necessidade de estimativa das tensões efetivas. O
segundo método utiliza os dados de resistência do solo obtidos de ensaios de penetração
do cone: resistência de ponta do cone e atrito lateral local. Como o CPT é um ensaio de
campo, ele implicitamente reflete de forma mais adequada as propriedades do solo in situ,
23
como densidade, e estado de tensões no local. A base do método CPT é, portanto, o uso
direto dos valores medidos in situ para a determinação da capacidade de carga.
Os métodos mais utilizados na prática para a estimativa da resistência durante a
cravação serão resumidos a seguir. Cabe destacar que estes métodos são originários da
experiência em estacas “offshore”, embora os seus autores não façam qualquer restrição à
sua utilização em estacas em terra, uma vez que o comportamento da estaca é o mesmo
nas duas situações. As diferenças por ocasião das aplicações se concentram no fato das
estacas offshore serem, predominantemente, de ponta aberta e os dados disponíveis das
investigações geotécnicas serem normalmente mais completos nas aplicações “offshore”.
As estacas de ponta aberta podem se comportar como embuchadas ou não embuchadas,
como considerado nos diferentes métodos. No item 4.1 serão apresentadas as adaptações
adotadas na presente pesquisa para a aplicação dos métodos de previsão da resistência do
solo durante a cravação às estacas pré-moldadas analisadas.
2.2.1. Método de Toolan e Fox (1977)
Este método, conhecido também como método CPT, faz inicialmente a distinção entre
o comportamento embuchado e não embuchado durante a cravação.
Se o solo no interior da estaca (bucha) penetra no interior da estaca durante a
cravação, a SRD deve ser calculada através do atrito interno, do atrito externo e da
resistência de ponta desenvolvida ao longo da seção do anel.
No trecho da cravação em que o solo no interior da estaca (bucha) não penetra no
interior da estaca, o atrito interno é maior do que a resistência de ponta mobilizada na área
da bucha. O solo no interior da estaca (bucha) irá sempre se comportar de maneira a
produzir a menor resistência à penetração.
Desta forma, Toolan e Fox (1977) ressaltam que a qualquer profundidade a
resistência do solo durante a cravação, SRD, será o menor valor entre:
SRD =
∑
∑
++
wpiiss
AqAfAf
(2.1)
e
SRD =
∑
+
ppss
AqAf
(2.2)
24
onde:
s
f é o atrito unitário externo durante a cravação;
i
f é o atrito unitário interno durante a cravação;
p
q é a resistência de ponta durante a cravação;
S
A ,
i
A ,
W
A ,
P
A
são, respectivamente, a área lateral externa, a área lateral interna, a área
de ponta do anel e a área de ponta total (anel e bucha).
De Ruiter e Beringen (1979) ressaltam que, no cálculo da capacidade de carga
estática, a condição embuchada ocorre com freqüência em solos com pequena resistência
de ponta, como em argilas e siltes, enquanto que a condição não embuchada é mais
provável em areias densas. Já no caso de estacas tracionadas, a condição embuchada ou
não embuchada não tem relevância, sendo geralmente desprezado o peso do solo no
interior da estaca. Já no cálculo da resistência mobilizada durante a cravação (SRD), De
Ruiter e Beringen (1979) comentam que medições da bucha imediatamente após ou mesmo
durante a cravação indicam, na maior parte dos casos, que a condição embuchada em geral
não ocorre.
O autor da presente tese considera que os comentários de De Ruiter e Beringen
(1979) em relação à condição não embuchada durante a cravação sejam apenas relativos a
estacas “offshore” metálicas, de ponta aberta, com diâmetros internos ligeiramente inferiores
aos diâmetros externos. Em relação a estacas de obras em terra, de concreto, possuindo
diâmetros internos da ordem da metade dos externos, a situação embuchada deve ser a
mais comum. Neste trabalho de pesquisa, considera-se mais adequado avaliar as duas
condições, por ocasião do cálculo da resistência durante a cravação, e tomar o menor valor
como o mais provável. Esta será a abordagem empregada.
2.2.1.1. Caso de argilas
Toolan e Fox (1977) salientam que durante a cravação, o solo argiloso é cisalhado
até a ruptura na interface ao longo do fuste da estaca por cada golpe do martelo. A argila no
entorno da estaca é deslocada de forma a acomodar o acréscimo de volume da estaca
durante a penetração. O deslocamento, cisalhamento e compressão causam o
amolgamento do solo e o desenvolvimento do acréscimo de poropressão. Desta forma,
durante a cravação contínua, os citados autores recomendam o emprego da resistência
amolgada, tanto externamente como também internamente, no caso da estaca de ponta
aberta. Segundo os autores, a medida direta da resistência amolgada é difícil,
particularmente em argilas pré-adensadas, podendo ser estimada indiretamente a partir do
25
limite de liquidez, usando as relações propostas por Skempton e Northey (1952) e Houston
e Mitchell (1959).
No cálculo da resistência de ponta, os autores sugerem que, uma vez que o CPT é
um ensaio que procura reproduzir a penetração de uma estaca, a resistência de ponta
possa ser calculada diretamente da resistência de ponta do cone,
C
q , utilizando a
expressão indicada na Figura 2.1.
Figura 2.1. Aplicação típica do Método de Toolan e Fox (1977).
onde:
D – Diâmetro da Estaca;
I – Resistência média do cone abaixo da ponta da estaca em uma profundidade que pode
variar entre 0.7D e 4D;
II – Resistência mínima do cone medida abaixo da ponta da estaca e acima da mesma no
mesmo trecho, entre 0.7D e 4D;
2
2/)( IIIIII
q
P
+
+
=
Profundidade abaixo do leito marinho
Resistência do Cone
8D
8D
0,7D
4D
26
III – Média das envoltórias de resistência mínima do cone registradas acima da ponta da
estaca num trecho que pode variar entre 6D e 8D. Na determinação desta média, os valores
acima do valor mínimo selecionado em II deverão ser desconsiderados;
P
q – Resistência última unitária da ponta da estaca.
Toolan e Fox (1977) também recomendam que, no caso de não se ter o ensaio CPT,
mas sim a resistência não drenada
U
S , a resistência de ponta do cone possa ser estimada
como:
uc
Saq 86
=
(2.3 )
para as argilas normalmente adensadas de alta sensibilidade,
uc
Saq 1510
=
(2.4 )
para argilas normalmente adensadas de baixa sensibilidade e argilas levemente pré-
adensadas
e
uc
Saq 3015
=
(2.5 )
para argilas muito pré-adensadas.
Toolan e Fox (1977) comentam também que cessada a cravação, as poropressões
começam a se dissipar e, como conseqüência da consolidação da argila, ocorre o aumento
do atrito lateral. Por ocasião da recravação, a SRD será maior do que antes da interrupção
na cravação. Este aumento na SRD é chamado de set-up.
A experiência daqueles autores é de que a resistência retro analisada do registro do
número de golpes por ocasião de uma eventual recravação, meses após a cravação
original, apresenta boa correlação com a capacidade de carga estática. No entanto, para
pequenas interrupções na cravação a SRD se situa entre os valores determinados ao final
da cravação contínua e por ocasião da recravação.
27
2.2.1.2. Caso de areias
Toolan e Fox (1977) consideram que no caso de areias a resistência mobilizada
durante a cravação contínua e a recravação são iguais e ambas podem ser estimadas com
base nas expressões fornecidas pelos autores para os métodos estáticos, ou seja,
cp
qq
=
(2.6 )
e
300
c
s
q
f =
(2.7 )
Cabe destacar que a resistência de ponta q
c
a ser considerada é igual à obtida
através da média ponderada da resistência de ponta do cone medida acima e abaixo da
ponta da estaca, como indicado na Figura 2.1. No cálculo da capacidade de carga estática
os autores recomendam que a resistência de ponta seja limitada a 15 MPa e a resistência
por atrito seja limitada a 120 kPa. No entanto, na determinação da resistência do solo
durante a cravação nenhum limite é considerado na resistência de ponta, enquanto os
autores mantêm o mesmo limite de 120 kPa para o cálculo da resistência por atrito lateral.
2.2.2.Método de Semple e Gemeinhardt (1981)
Semple e Gemeinhardt (1981) desenvolveram um método de previsão da resistência
do solo durante a cravação contínua em solos argilosos com base na experiência de
interpretação dos registros de instalação de estacas offshore e no banco de dados dos
parâmetros do solo relacionados à razão de pré-adensamento.
Segundo os autores, a resistência obtida de registros de cravação offshore utilizando
a análise através da equação da onda pode ser menor ou maior do que a prevista
estaticamente, respectivamente para argilas normalmente adensadas e argilas pré-
adensadas.
Semple and Gemeinhardt (1981) ressaltam que dados reportados por McClelland et al
(1969), Aurora (1980) e Stockard (1980) indicam resistências durante a cravação contínua
inferiores às capacidades de carga estáticas em argilas normalmente adensadas, enquanto
que McClelland et al (1969), Fox et al (1970), Durning e Rennie (1978), citados pelos
mesmos autores, ilustram registros de cravação que indicam resistências durante a
28
cravação superiores às capacidades de carga estáticas em argilas fortemente pré-
adensadas.
Semple and Gemeinhardt (1981) analisaram, então, os registros de cravação offshore
de seis casos de obra em argilas arenosas e siltosas, envolvendo estacas tubulares de
grande diâmetro, visando correlacionar a resistência mobilizada durante a cravação com o
grau de pré-adensamento.
Semple and Gemeinhardt (1981) salientam que apesar da experiência de muitos anos
em análises de cravação de estacas pela equação da onda, muitas incertezas existem nos
valores de certos parâmetros utilizados no modelo numérico de Smith (1960), sendo os mais
relevantes, a energia de impacto do martelo e os parâmetros do modelo do solo. Os autores
consideraram, no seu estudo, uma eficiência de 75% no impacto dos martelos a vapor,
exceto nos casos para os quais haja instrumentação do martelo indicando algum valor
específico. Para os casos de obra analisados, todos em estacas cravadas em argila, os
autores consideraram um valor de quake de 2,5 mm e de amortecimento de atrito e ponta de
0,65 e 0,15 seg/m, respectivamente.
Quanto à utilização do quebrador de atrito interno, “internal shoe”, Semple and
Gemeinhardt (1981) lembram que alguns autores acreditam que seu emprego elimine o
atrito interno completamente, enquanto outros consideram reduções de 30 a 50 %. Semple
and Gemeinhardt (1981) sugerem, no método proposto, que o atrito interno seja
considerado igual ao externo, no caso de estacas com seção constante, e de cerca de 25%
do atrito externo para estacas com quebrador de atrito interno (internal driving shoe).
Segundo Semple and Gemeinhardt (1981), em argilas normalmente adensadas
muito plásticas, a resistência estimada durante a cravação a partir dos registros de campo é
de 20 a 50% da capacidade de carga estática. Esta redução é atribuída ao amolgamento e
perda de resistência ao cisalhamento em argilas muito sensíveis. Já nas argilas rijas, a
experiência tem mostrado que a resistência do solo à cravação aumenta com a
profundidade, até cerca de 20 a 30m, permanecendo então constante para maiores
profundidades, enquanto a estimativa da capacidade de carga estática aumenta mais ou
menos linearmente com a profundidade. Uma explicação para este comportamento seria o
fato da resistência durante a cravação em argilas estar relacionada à razão de pré-
adensamento (OCR). A pequena profundidade, o OCR é mais elevado, mas à medida que
se avança na profundidade o OCR reduz rapidamente, tornando o solo próximo à condição
de normalmente adensado na penetração final. Se a resistência durante a cravação estiver
relacionada ao OCR, a resistência aumenta com a profundidade num gradiente decrescente.
Semple and Gemeinhardt (1981) lembram que a história de tensões, expressa pelo
OCR, afeta de forma significativa o comportamento do solo. No cisalhamento não drenado,
as argilas normalmente adensadas tendem a apresentar um amolecimento - “strain
29
softening” e ocorre a tendência de redução de volume, com desenvolvimento de poro
pressões positivas. Já as argilas muito pré-adensadas têm uma tendência de
comportamento dilatante no cisalhamento não drenado, resultando em desenvolvimento de
poro pressões negativas. A operação de cravação causa cisalhamento e grandes
deformações. Nos casos em que o OCR é muito alto, a pequenas profundidades, e diminui
para valores bem menores, a profundidades maiores, a resistência do solo por ocasião da
cravação pode inicialmente exceder o valor da capacidade de carga estática para depois
reduzir em relação a este valor, com a profundidade. Os citados autores tiveram então a
idéia de determinar um fator de capacidade de carga, com base na experiência obtida dos
registros de cravação, que varia com o OCR, a ser aplicado ao valor calculado da
resistência estática para a previsão da resistência do solo durante a cravação.
Os autores ilustram na Figura 2.2 resultados de ensaios de cisalhamento direto de
alta qualidade relacionando OCR com a resistência não drenada de argilas.
Figura 2.2 – Efeito do pré-adensamento na resistência ao cisalhamento não drenada.
Os autores sugerem que os valores de
U
S
normalizados em relação à resistência
não drenada no estado normalmente adensado,
UNC
S , podem ser utilizados com base no
método da API para a determinação do atrito lateral no cálculo da resistência do solo
durante a cravação (SRD).
A curva traçada a partir da Figura 2.2 (Ladd e Foot, 1974) é descrita pela equação:
S
U
/S
UNC
Referência
OCR
30
85,0
OCR
S
S
unc
u
=
(2.8)
A resistência não drenada de argilas normalmente adensadas pode ser estimada
pela expressão de Skempton (1957):
IP
S
v
unc
0037,011,0
´
+=
σ
(2.9 )
sendo IP o índice de plasticidade da argila. Quando não forem disponíveis resultados de
índice de plasticidade, os autores recomendam considerar a relação acima como 0,2.
Com base no banco de dados dos 6 casos de obra, Semple and Gemeinhardt (1981)
ajustaram valores do fator de capacidade de carga
P
F
, através da comparação, para
sucessivos incrementos de profundidade, entre a variação do atrito lateral estimado pelo
método estático da API,
S
Q∆ , com a variação do atrito lateral durante a cravação
S
R
∆
. As
resistências de ponta unitárias foram consideradas as mesmas, tanto na determinação da
capacidade de carga estática como da estimativa da resistência durante a cravação. Um
total de 90 valores individuais de
P
F foi obtido para as seis plataformas.
Os valores de
P
F foram plotados em relação à
U
S , profundidade e OCR. Os autores
verificaram uma boa correlação quando
P
F foi plotado com OCR, como indica a Figura 2.3.
A equação representativa para
P
F a partir do banco de dados é, então, apresentada pelos
autores:
3,0
)(5,0 OCRF
P
=
(2.10)
Figura 2.3 – Fator de capacidade de carga ajustado em função do OCR.
Fator de Capacidade de Carga, F
P
OCR
31
Os autores ressaltam que a expressão acima fornece um valor de
P
F igual a 0,5
para uma argila normalmente adensada, em conformidade com a experiência considerável
obtida no Golfo do México, que indica resistência do solo durante a cravação não superior à
metade da estimada para a capacidade de carga estática. Já para uma camada de argila
com um valor médio de OCR de 10, a resistência do solo durante a cravação pode ser
prevista como da ordem daquela estimada no cálculo da capacidade de carga estática.
Para a aplicação do procedimento de cálculo proposto por Semple and Gemeinhardt
(1981), os citados autores recomendam a determinação do atrito lateral com a profundidade
a partir do método da API. Em argilas pré-adensadas, a resistência de atrito unitária deve
ser limitada a 200 kPa. Os fatores de capacidade de carga
P
F são incorporados neste
cálculo, através da multiplicação de cada incremento de atrito lateral pelo valor de
P
F
apropriado ao valor médio de OCR para aquela faixa de incremento de profundidade. A
resistência de ponta é, então, somada ao valor assim ajustado, do atrito acumulado
obtendo-se a resistência do solo durante a cravação, SRD.
Tempos de repouso após o início das operações de cravação podem levar a um
aumento adicional da resistência à cravação. Informações acerca do efeito de set-up são
disponíveis na literatura. Os citados autores fazem referência a Housel (1950), Seed e
Reese (1957), Eide et al (1961), Stermac et al (1969), Flaate (1972), Mc Clelland e
Lipscomb (1972), Fox et al (1976) e Aurora (1980).
O autor da presente dissertação ressalta casos da experiência brasileira
documentados por Gomes (1997) e Soares (2006), entre outros.
2.2.3. Método de Stevens et al. (1982)
Stevens et al. (1982) propuseram um procedimento para a estimativa da resistência
do solo durante a cravação com base em correlações entre resultados de número de golpes
previstos e medidos por ocasião da instalação de estacas de alguns casos de obra
analisados. Nestes casos de obra analisados pelos citados autores, o desempenho dos
martelos foi monitorado através do registro da força de impacto no tempo.
Os autores salientam que os valores de quake e coeficiente de amortecimento do
modelo de interação solo x estaca de Smith (1960) não caracterizam propriedades
intrínsecas do solo, mas são apenas coeficientes de correlação que incorporam todas as
incertezas ainda não claramente compreendidas sobre o processo de cravação. No entanto,
os autores também reconhecem que, apesar das incertezas, a análise pela equação da
onda provou ser uma ferramenta valiosa na estimativa da cravabilidade de estacas quando
da disponibilidade de um banco de dados que defina as propriedades do martelo e do solo.
32
Na utilização da equação da onda para a retro análise dos registros de cravação dos
casos de obra analisados, os autores utilizaram valores de eficiência do martelo e
propriedades dos coxins medidos através do histórico da força no tempo. Os parâmetros de
quake utilizados foram de 2,54 mm para a ponta e o atrito. O amortecimento de atrito nas
argilas diminui com o aumento da resistência, o que está de acordo com os resultados de
laboratório de Coyle e Gibson (1968) e Heerema (1979). Para argilas duras o valor do
amortecimento lateral foi considerado pelos autores como igual a 0,10 segundos/m e o de
ponta de 0,5 segundos/m. Para areias o amortecimento lateral utilizado foi de 0,26
segundos/m e o de ponta de 0,5 segundos /m.
2.2.3.1 Solos argilosos
Para os solos argilosos, Stevens et al. (1982) sugerem a adoção do método de
Semple and Gemeinhardt (1981), no qual os valores de atrito unitário são calculados pelo
método da API e depois ajustados, incrementalmente, pelo fator de capacidade de carga
P
F .
O valor da resistência de ponta da API, sendo igual a:
cup
NSq
=
( 2.11 )
onde
C
N é o fator adimensional de capacidade de carga, cujo valor proposto é 9.
2.2.3.2 Solos arenosos
Para os solos arenosos, o atrito lateral unitário durante a cravação contínua é
estimado utilizando o mesmo procedimento empregado no cálculo estático, baseado na
equação:
δσ= tanKf
'
v
( 2.12 )
onde:
k é o coeficiente de empuxo, tomado como 0,7;
V
σ
′
é a tensão efetiva vertical;
δ
é o ângulo de atrito entre a estaca (metálica) e o solo.
33
A Tabela 2.1 apresenta os valores de
δ
e
max
f propostos pelos citados autores.
Tabela 2.1. Valores de
δ
e
máx
f propostos por Stevens et al (1982).
Tipo de Solo
Atrito estaca x solo
δ
(graus)
Valor limite do atrito unitário
(kN/m
2
)
Areia 30 96
Areia siltosa 25 81
Silte arenoso 20 68
Silte 15 49
A resistência de ponta unitária é calculada como:
q
v
'
p
Nq σ=
( 2.13 )
onde:
V
σ
′
é a tensão efetiva vertical;
q
N é o fator adimensional de capacidade de carga
A Tabela 2.2 apresenta os valores
de
max
q utilizados e propostos pelos citados autores.
Tabela 2.2 Valores de
q
N e
max
q propostos por Stevens et al (1982).
Tipo de solo
Fator de Capacidade de
Carga
q
N
Valor limite de
max
q (MPa)
Areia 40 9,6
Areia siltosa 20 4,8
Silte arenoso 12 2,9
Silte 8 1,9
Para as areias calcárias os autores sugerem reduzir o valor de
δ
em 5 graus.
34
2.3. Aplicação da Teoria Bayesiana ao Estudo da Confiabilidade das
Fundações
2.3.1. Generalidades
Lacasse e Nadim (1994) ressaltam que a previsão do comportamento de fundações
não pode ser feita com exatidão face às variações espaciais das propriedades do solo,
investigação limitada do subsolo, limitação nos modelos de cálculo, incerteza nos
parâmetros do solo e incertezas nas cargas atuantes. Os citados autores salientam sobre a
importância da adoção de enfoques de projeto racionais e bem documentados que informem
e levem em conta as incertezas na análise dos parâmetros. A análise da confiabilidade
permite que se mapeie e avalie as incertezas.
Os autores ilustram na Figura 2.4 os resultados da análise de confiabilidade na
estaca mais carregada de uma plataforma offshore, instalada em 1976 e reanalisada em
1989, após nova investigação geotécnica. Esta figura revela que um elevado fator de
segurança não significa, necessariamente, uma elevada margem de segurança, em razão
da influência das incertezas nos parâmetros de análise na distribuição probabilística real do
fator de segurança.
Figura 2.4 Fator de segurança e probabilidade de ruptura, Lacasse e Nadim (1994).
Função Densidade de Probabilidade
Fator de Segurança, F
Probabilidade
de Ruptura
Baixo E(F), baixo SD(F) E() Valor Esperado
SD() Desvio Padrão
Alto E(F), alto SD(F)
35
Os citados autores fazem referência a uma comunicação pessoal de Robert Olesen,
do Det Norske Veritas Research, de que é melhor se estar “provavelmente correto do que
exatamente incorreto”.
Um resumo de análise estatística do desempenho foi apresentado por Avelino
(2006), que aplicou os conceitos descritos na análise probabilística do repique e de outros
parâmetros, empregando o método da expansão em série de Taylor, gerando uma função
da carga de ruptura mobilizada e, a partir dessa função, procedeu a uma análise da
probabilidade de ruptura do estaqueamento.
2.3.2. Atualização da Resistência do Solo durante a Cravação através da Metodologia
de Bayes
O enfoque de atualização da resistência do solo oferecida pela cravação de estacas
através da metodologia de Bayes é uma aplicação de conceitos da probabilidade
condicional.
O enfoque de Bayes assume que os parâmetros da distribuição probabilística
utilizada são variáveis randômicas. A incerteza do parâmetro é modelada por distribuições
“a priori” e “a posteriori”. A distribuição “a posteriori” é calculada pela atualização da
distribuição “a priori”, utilizando uma função de máxima verossimilhança, que contém a
observação obtida de dados disponíveis.
Segundo Pacheco (2007) e reportando-se a Harr (1987) e Ang e Tang (1984), o
teorema de Bayes apresenta-se muito útil em aplicações de Engenharia e resulta da regra
da multiplicação, qual seja:
∑
=
=
m
i
ii
ii
i
ApxABp
ApxABp
BAp
1
)()/(
)()/(
)/(
( 2.14 )
Onde:
()
BAp
i
/ é a probabilidade (condicional) de ocorrência do evento
i
A , dado que o evento
B
ocorreu, também chamada de probabilidade posterior (ou “a posteriori”),
()
i
ABp / é a probabilidade (condicional) de ocorrência do evento
B
dado que o evento
i
A
ocorreu, que representa a nova informação (ou função de verossimilhança),
36
()
i
Ap é a probabilidade de ocorrer o evento A
i
, chamada também de probabilidade anterior,
ou “a priori”.
O valor de
)()/(
1
i
m
i
i
ApxABp
∑
=
é chamado fator de normalização ou de
ponderação. Segundo Pacheco (2007), a expressão acima pode ser vista como uma média
ponderada, sendo muito útil na atualização de probabilidades.
Esta ferramenta será utilizada na presente pesquisa para atualizar o valor esperado,
bem como a variância, da distribuição probabilística da resistência oferecida pelo solo
durante a cravação de estacas pré-moldadas executadas em um extenso estaqueamento. A
metodologia é ilustrada na Figura 2.5, tendo sido utilizada originalmente por Guttormsen
(1987) em aplicações a fundações offshore. Guttormsen (1987) ressalta que a metodologia
de atualização de Bayes permite que um julgamento subjetivo, baseado em cálculos
realizados “a priori”, sejam combinados com observações objetivas (função de
verossimilhança), como, por exemplo, os registros obtidos por ocasião da cravação,
resultando numa estimativa atualizada da resistência do solo oferecida durante a cravação.
Guttormsen (1987) também comenta que este procedimento auxilia o engenheiro na
organização, avaliação e acúmulo da experiência fornecida pelos registros de cravação,
além de prover elementos para decisões in-situ quanto ao desempenho das estacas.
Figura 2.5 Relação entre as distribuições “a priori”, a função de verossimilhança e a
distribuição “a posteriori”.
Resistência do solo durante a cravação
a priori
verossimilhança
a posteriori
Função Densidade de Probabilidade
37
Este enfoque de atualização da estimativa da resistência do solo durante a cravação
também é reportado por Vrouwenvelder (1992), que ressalta que esta estimativa atualizada
pode ser obtida também através da execução de provas de carga estáticas e dinâmicas e/ou
do simples acompanhamento do processo de instalação das estacas. Esta alternativa, na
sua forma mais simples, pode ser considerada como o registro do número de golpes durante
a cravação. Em função dos dados dos ensaios, ou dos registros da cravação, pode-se
atualizar a estimativa da capacidade de carga. Além disso, como a nova estimativa é
baseada em informações adicionais, as incertezas são menores, o que justificaria o
emprego de um fator de segurança menor. O autor apresenta um resumo dos diferentes
métodos de ensaio e da forma como os resultados podem ser combinados para se chegar a
uma estimativa atualizada, considerando também a questão dos fatores de segurança.
Vrouwenvelder (1992) faz referência aos trabalhos de Lacasse et al (1989), que resumem as
análises realizadas por Guttormsen (1987), que serão empregadas e adaptadas na presente
pesquisa. Vrouwenvelder (1992) destaca ser este um campo interessante para pesquisas,
demandando mais atenção no futuro.
A distribuição da resistência “a priori” será detalhada no Capítulo 4, a distribuição da
função de verossimilhança no Capítulo 5 e a distribuição da resistência “a posteriori”, ou
atualizada, no Capítulo 6.
Um detalhamento mais profundo da teoria de Bayes pode ser encontrado em livros
texto de estatística aplicada à engenharia, como Ang e Tang (1984).
38
3. Registros da Obra
3.1. Descrição da Obra
Trata-se de um empreendimento de vulto internacional; a Vila Pan-americana, que
abrigou os atletas durante as competições dos Jogos Pan-americanos de 2007, estando
localizado à Avenida Ayrton Senna, 3.400 - Barra da Tijuca - Rio de Janeiro.
O empreendimento é composto por dezessete edifícios subdivididos em setores,
quadras e blocos como ilustrado nas Figuras que se seguem.
Figura 3.1 - Localização do Empreendimento (após a construção).
Vila Pan-americana
Arroio Fundo
Av. Ayrton Senna
39
Figura 3.2 – Divisão dos Setores e Quadras.
Figura 3.3 - Ilustração do Embasamento.
EMBASAMENTO
40
A área destinada à implantação da obra apresenta camada de argila mole superficial
de espessura bastante variável. Na área junto ao Arroio Fundo, observam-se espessuras de
solo mole de até 13m.
Para uma melhor caracterização do solo, foram realizados ensaios de campo e de
laboratório em verticais pré-determinadas pelos consultores geotécnicos da obra.
Os estudos de caracterização envolveram 4 (quatro) verticais de ensaios de
penetração estática de cone CPTu (com medida de poro-pressão) com 13 (treze) ensaios de
dissipação, 34 (trinta e quatro) ensaios de palheta e 8 (oito) coletas em amostradores
Shelby para ensaios de laboratório.
Os ensaios de campo foram efetuados entre os dias 7 e 21 de julho de 2003 e foram
detalhados nos relatórios da empresa consultora de geotecnia, Geoprojetos (2004).
3.2. Caracterização Geotécnica
Um resumo das características geotécnicas da camada muito mole superficial foi
apresentado por Sandroni e Deotti (2008), reproduzido na Tabela 3.1 abaixo.
Tabela 3.1 – Descrição Geotécnica da Camada Superficial Muito Mole, Sandroni e Deotti (2008).
Intervalo de
Profundidade
(m)
Descrição Tátil-visual
Teor de
umidade
(%)
Limite de
Liquidez
(%)
Índice de
Plasticidade (%)
0,0 a 3,0
Turfa cinza escuro e
argila siltosa, com
conchas
200 a 600 270 a 370 150 a 250
3,0 a 12,0
Argila siltosa
orgânica cinza
escuro com conchas
100 a 300 100 a 250 60 a 120
Nota 1 – Limites de Liquidez e Plasticidade – obtidos sem secagem prévia
41
Tabela 3.2 – Parâmetros de Compressibilidade e Resistência da Camada Superficial Muito
Mole, Sandroni e Deotti (2008).
Intervalo de
Profundidade (m)
Pré-adensamento
(kPa) ver nota 2
Índice de
Compressão
Virgem=Cc/(1+e)
Resistência do
ensaio Vane
(kPa)
Resistência de
Ponta Corrigida
do Piezocone
(q
T
, kPa)
0,0 a 3,0 10 0,48 3,0 a 8,0 110 a 220
3,0 a 12,0 20 0,42 5,0 a 15,0 150 a 240
Nota 2 – Diferença entre tensão de pré-adensamento e a tensão efetiva vertical (ensaio de
adensamento)
Nota 3 – Valores SPT iguais ou inferiores a 1
Obs: Coeficiente de adensamento da ordem de 1 a 3x10
-7
m
2
/s
Os resultados de resistência não drenada natural e amolgada obtidos dos ensaios
Vane de campo são também apresentados na Figura 3.4.
0
2
4
6
8
10
12
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Su, kN/m2
Profundidade,
m
Su indef. Su amolg.
Figura 3.4 – Resultados dos ensaios Vane de campo, Geoprojetos (2004).
Os ensaios de caracterização, no laboratório, registraram um material com umidade
natural de cerca de até 600%, na superfície, até 3m de profundidade, reduzindo para o
intervalo de 100 a 300% de 3 a 13m de profundidade. Os valores de limite de liquidez são
bastante elevados, sendo também, assim como os limites de plasticidade, superiores na
Profundidade (m)
S
U
, kN/m
2
42
superfície. Os valores de peso específico natural são bastante reduzidos, da ordem de 12
kN/m
3
e os valores de índice de vazios são muito altos, face ao elevado teor de umidade.
A razão de pré-adensamento é maior na superfície, reduzindo com a profundidade.
Os valores de
()
eC
C
+1/ , índice de compressão normalizado, apresentam variação
relativamente pequena, sendo a média da ordem de 0,45.
Os ensaios de laboratório confirmaram o que já havia sido constatado nos ensaios
vane e no piezocone, ou seja, o pacote de solo superficial apresenta baixíssima
consistência, quase um fluido, com resistência muito reduzida e elevada compressibilidade.
Abaixo da camada mole, que muito pouca resistência oferece por ocasião da
cravação, o perfil geotécnico apresenta camadas alternadas de sedimentos arenosos e
argilosos, com valores de N
SPT
variados, mas apresentando resistência significativamente
superior ao pacote argiloso superficial, até o horizonte de solo residual. O horizonte residual
teve início a profundidades que variam de 10 a 16m do NT até o limite das sondagens, que
varia de 19 a 45m de profundidade.
3.3. Tipo de Estaca Empregada
As estacas utilizadas na Obra da Vila Pan-americana foram do tipo pré-moldada,
fornecidas por fabricantes distintos: no trecho da obra que compõe os Embasamentos,
foram utilizadas estacas pré-moldadas de concreto armado Incopre, com diâmetros variados
(φ26, φ33, φ38, φ42 e φ50cm), ao passo que nos prédios as estacas foram fornecidas pela
SCAC, também em vários diâmetros. Para a elaboração da presente pesquisa foram
disponibilizados apenas os dados correspondentes às estacas do Embasamento.
Além da diferença de diâmetro, as estacas possuíam outras características
geométricas distintas: algumas contemplavam seção plena, enquanto as de maior diâmetro
apresentavam seção vazada. Devido a este fato, foi necessário analisar o fenômeno do
embuchamento durante o processo de cravação, como será visto no capítulo 4.
As cargas nominais das estacas da Incopre, fornecidas pelo fabricante, estão
listadas na Tabela a seguir:
43
Tabela 3.3 – Cargas de trabalho das estacas do Embasamento (Geomec, 2005).
Seção
Característica da
Seção
Área da Seção
aparente de
concreto (cm²)
Carga de
Trabalho
(kN)
Φ26 Plena 531 550
Φ33 Vazada 601 900
Φ38 Vazada 754 1050
Φ42 Vazada 895 1300
Φ50 Vazada 1257 1450
Cabe destacar que o item 7.8.3.6.1 da NBR 6122 (1996) estabelece que nas estacas
pré-moldadas comprimidas, quando não é feita a verificação da capacidade de carga
através de prova de carga ou de instrumentação, pode-se adotar como carga de trabalho
aquela obtida a partir da tensão média atuante na seção de concreto, limitada ao máximo de
6MPa.
No item 7.8.3.6.2 a NBR 6122 (1996) ressalta ainda que, quando é feita a verificação
da capacidade de carga através de prova de carga ou de instrumentação, a carga de
trabalho máxima é aquela calculada como peça estrutural de concreto armado ou
protendido, restringindo-se a 35MPa a resistência característica do concreto.
3.4. Execução do Estaqueamento
A execução do estaqueamento de todos os setores dos embasamentos da obra em
estudo foi norteada pelas recomendações da Norma NBR 6122/96, sob a orientação da
equipe de consultoria de fundações da obra.
3.5. Controle do Estaqueamento
A Norma Brasileira de Projeto e Execução de Fundações, NBR 6122/96, no item
7.9.7, prevê algumas medidas que devem ser tomadas para garantir um desempenho
adequado das fundações. Estas medidas foram todas controladas e atendidas por ocasião
da execução do estaqueamento.
44
O item 7.9.7.1.2 da norma NBR 6122/96 também recomenda a elaboração do
diagrama de cravação em 10% das estacas executadas. Na obra em apreço os diagramas
foram elaborados para todas as estacas.
O controle da cravação das estacas pode ser feito através da comparação do
diagrama de cravação com as sondagens dos respectivos setores. Exemplificando, na
Figura 3.5 é apresentado um resultado de controle de cravação das estacas localizadas no
Setor M. Esta figura permite avaliar se o diagrama de cravação das estacas está de acordo
com os resultados obtidos nas sondagens à percussão. Esta análise foi realizada em grande
parte das estacas da obra.
Figura 3.5 – Análise do Controle do Estaqueamento (caso típico).
Profundidade (m)
Profundidade (m)
N
SPT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
0 102030405060
SONDAGEM SP-E-1
SONDAGEM SP-E-2
SONDAGEM SP-E-3
SONDAGEM SP-E-4
SONDAGEM SP-E-5
SONDAGEM SP-E-9
SONDAGEM SP-E-10
SONDAGEM FS- 1 17
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
0 100 200 300 400 500
P169A
P169B
P169C
P169D
Número de Golpes para cravação de 1m da estaca
45
3.5.1.Ensaios Realizados
Segundo o item 7.8.3.6.2 da NBR 6122/96, a verificação da capacidade de carga das
estacas pré-moldadas deve ser feita através de prova de carga ou instrumentação. Segundo
a norma, devem ser executadas provas de carga estáticas em número de 1% do conjunto
de estacas de mesmas características na obra, respeitando-se o mínimo de uma prova de
carga, ou ensaios de carregamento dinâmico em número de 3% do conjunto de estacas,
respeitando-se o mínimo de três provas de carga.
A área do embasamento possui cerca de 1700 estacas. Pela norma, deveriam ser
realizadas 17 provas de carga estáticas ou 51 provas de carga dinâmicas. No entanto, foram
realizadas 30 provas de carga dinâmicas e nenhuma prova de carga estática. Há registros
de provas de carga estáticas realizadas nas proximidades da obra, que foram úteis aos
projetistas na aferição da capacidade de carga das estacas do estaqueamento em
referência.
Das 19 provas de carga dinâmicas interpretadas nesta pesquisa pelo Método CASE
nos embasamentos analisados da Obra da Vila Pan-americana, 9 também foram
interpretadas através do método CAPWAP. As provas de carga foram distribuídas na obra
de acordo com a Tabela 3.4.
Tabela 3.4 Distribuição das Provas de Carga Dinâmica nos Embasamentos.
SETOR
Número de
Estacas
Φ26
Número
de
Estacas
Φ33
Número
de
Estacas
Φ38
Número
de
Estacas
Φ42
Número
de
Estacas
Φ50
Estacas
Instrumentadas
Estacas
com
CAPWAP
M 22 66 20 29 8
P109B, P122C,
P157, P169B,
P190
P109B,
P157,
N 34 163 79 36 8
P109D, P137B,
P170A, P209B,
P210B, P227,
P242, P243C,
PC6
P109D,
P209B,
P210B
F 11 65 32 33 11 P138, P184 138, P184
G 14 110 25 16 4
P203A, P203B,
P215A
P203A,
P215A
TOTAL 81 404 156 114 31 19 9
Nota: O diâmetro das estacas testadas encontra-se na Tabela 3.5.
46
No item 3.5.2 a seguir, justifica-se a escolha dos setores selecionados nesta
pesquisa.
Os resultados dos ensaios são resumidos na Tabela 3.5.
Tabela 3.5 – Resultados dos ensaios e fator de segurança de cada estaca ensaiada.
Capacidade de carga
Mobilizada
Setor Estaca Seção
CASE CAPWAP
Carga de
Trabalho
(kN)
Comprimento
Cravado (m)
FS
P138 Φ50 2340,0 2346,0 1450,0 15,0 1,62
F
P184 Φ33 1870,0 - 900,0 26,6 2,01
P203A Φ38 1940,0 1928,0 1050,0 22,3 1,83
P203B Φ38 1820,0 1639,0 1050,0 21,8 1,73
G
P215A Φ33 1650,0 - 900,0 24,5 1,83
P109 Φ42 2200,0 2125,0 1300,0 22,7 1,63
P122C Φ42 1760,0 - 1300,0 26,3 1,35
P157 Φ50 1340,0 1306,0 1450,0 19,3 <1,00(*)
P169B Φ33 1600,0 - 900,0 25,7 1,78
M
P190 Φ50 2620,0 - 1450,0 19,6 1,80
P109D Φ33 1540,0 1500,0 900,0 33,8 1,67
P137B Φ33 1550,0 - 900,0 12,9 1,72
P170A Φ33 1990,0 - 900,0 15,0 2,21
P209B Φ33 1660,0 1669,0 900,0 16,5 1,85
P210B Φ42 2110,0 2097,0 1300,0 15,4 1,61
P227D Φ33 1410,0 - 900,0 16,0 1,57
P242 Φ42 2490,0 - 1300,0 15,6 1,92
P243C Φ42 1720,0 - 1300,0 - 1,32
N
P6C Φ26 1140,0 - 550,0 - 2,07
(*) Estaca quebrada.
O valor médio do fator de segurança determinado foi de 1,8 sem considerar a estaca
quebrada.
47
Das 19 estacas ensaiadas, 16 apresentaram fator de segurança inferior a 2, em
relação à resistência mobilizada, e 1 (estaca P157 do Setor M) apresentou dano estrutural,
conforme evidenciou o diagrama de cravação.
3.5.2.Escolha dos Setores Analisados na Presente Pesquisa
Face à grande extensão do banco de dados disponível, tornou-se necessária a
priorização da ordem dos setores a serem incluídos na análise da presente pesquisa. A
seleção procurou contemplar setores com um maior número de provas de carga dinâmicas,
menor variabilidade de espessura do pacote argiloso superficial, menor variabilidade de
comprimento de embutimento no solo residual, além do número mais significativo de
sondagens. Esta seleção visou à escolha de estacas que pudessem ser consideradas como
representativas de um grupo específico. Os resultados são resumidos na Tabela 3.6.
Tabela 3.6 – Resumo das variabilidades para seleção dos setores analisados.
Coeficiente de Variação dos
comprimentos de embutimento de
acordo com o diâmetro
Setor
Número
de
Estacas
Número de
Sondagens
Número
de Provas
de Carga
Dinâmicas
Porcentagem
de estacas
ensaiadas
(%)
Φ26 Φ33 Φ38 Φ42 Φ50
Coef. de
variação da
espessura
da camada
argilosa
F 152 19 2 1,32 - 0,19 - - 0,18 0,17
G 169 13 3 1,78 - 0,14 0,11 - - 0,13
M 145 19 5 3,45 - 0,16 - 0,12 0,10 0,10
N 312 20 9 2,89 0,17 0,23 - 0,25 - 0,09
Com base na Tabela acima, a seleção obedeceu a seguinte ordem: o primeiro setor
analisado foi o setor M, seguido pelos setores N, F, e G.
48
4. Estimativa da Resistência do Solo Durante a Cravação
Este capítulo apresenta a estimativa da distribuição probabilística da resistência
dinâmica durante a cravação, designada nesta tese como estimativa “a priori”, para o
estaqueamento da obra apresentada no capítulo 3, com base na experiência acumulada
na área “offshore”, como descrito no capítulo 2.
Como ressaltado no capítulo 2, o cálculo da resistência do solo à cravação é
admitido como análogo ao cálculo estático. Porém, os procedimentos aplicados à
estimativa do atrito lateral, resistência de ponta e condições de embuchamento são, de
maneira geral, diferentes.
Para a aplicação à obra em análise, procurou-se adaptar dois métodos de uso
corrente para a estimativa de capacidade de carga estática de estacas em terra. Como os
métodos de cálculo foram estabelecidos para a determinação da capacidade de carga a
longo prazo, são necessárias adaptações às condições que ocorrem durante a cravação.
Estas adaptações às condições de cravação foram feitas pela incorporação dos
procedimentos já adotados na prática “offshore”, descritos no capítulo 2.
O objetivo da seleção de dois métodos distintos foi o de avaliar a influência da
incerteza dos modelos de cálculo utilizados na estimativa “a priori”, na atualização da
distribuição probabilística “a posteriori”.
Como a experiência brasileira para a determinação da capacidade de carga estática
consiste na utilização de métodos semi-empíricos, baseados fundamentalmente no SPT,
diretamente ou através de correlações com o ensaio de cone, como os métodos de Aoki e
Velloso (1975), Decourt e Quaresma (1978) e Velloso (1981), optou-se pelo método de
Decourt e Quaresma (1978) pela sua simplicidade. De fato, as expressões desenvolvidas
para o valor esperado e a variância da distribuição normal da função capacidade de carga,
com base em soluções aproximadas, são bastante simples, como se verá a seguir.
Para a aplicação a um método de uso corrente fora do Brasil, optou-se pela proposta
utilizada pelo Corpo de Engenheiros do Exército Americano, US Army Corps of Engineers
(2005). Este método, sugerido para utilização em obras em terra, foi selecionado por ser
um método teórico semelhante ao método da API, permitindo uma adaptação mais direta à
resistência durante a cravação através da experiência offshore.
Em seguida, no item 4.3, será apresentado um resumo da formulação utilizada na
determinação do valor esperado e da variância da capacidade de carga durante a cravação.
Para tanto, optou-se pela utilização da formulação FOSM (first order second moment),
igualmente por sua simplicidade. O desenvolvimento das expressões geradas tanto para o
49
método de Decourt e Quaresma (1978) como pelo método US Army Corps of Engineers
(2005) está apresentado nos Anexos B e C, respectivamente. Cabe justificar também o fato
do autor desta dissertação ter optado por descrever os métodos selecionados, bem como o
desenvolvimento da formulação FOSM neste capítulo, ao invés de incluí-lo no Capítulo 2. A
justificativa decorre do fato de se tratar de métodos para a estimativa estática da resistência,
cujas adaptações foram introduzidas no âmbito da presente pesquisa para prever as
condições durante a cravação. O desenvolvimento da formulação FOSM, para determinação
do valor esperado e da variância, também foi procedido a partir das adaptações
introduzidas.
4.1. Método de Decourt e Quaresma (1978)
O método de Decourt e Quaresma (1978) encontra-se resumido no Anexo D. Sua
inclusão no corpo da dissertação não se justifica, face ao seu amplo conhecimento na
prática da engenharia de fundações no Brasil. O desenvolvimento das expressões para o
valor esperado e a variância da função capacidade de carga, com base na solução
aproximada através da expansão em Série de Taylor (FOSM, first order second moment),
encontra-se apresentado no Anexo B.
Cabe destacar apenas que a adaptação do método de Decourt e Quaresma (1978),
prevendo as condições durante a cravação, consistiu na utilização da proposta de Toolan e
Fox (1977), “remoulded shear strength method”, resumida no item 2.2.1. Toolan e Fox
(1977) recomendam a utilização, nas camadas argilosas, da resistência ao cisalhamento
amolgada, tanto para o atrito externo (na situação embuchada), como no atrito externo e
interno (na situação não embuchada).
urext
S
=
=
τ
τ
int
(4.1 )
sendo
ur
S a resistência amolgada.
Para todo o trecho argiloso superficial, de muito baixa consistência, foi adaptado ao
cálculo do atrito lateral do método de Decourt e Quaresma (1978) um fator corretivo igual à
relação entre a resistência amolgada e a resistência não drenada. O fator corretivo, com
valor médio igual a 0,25, obtido dos ensaios Vane de campo, foi aplicado às expressões
desenvolvidas para o valor esperado e a variância, a cada metro de profundidade, neste
pacote argiloso superficial (Anexo B). O método de Semple e Gemeinhardt (1981), também
conhecido por “factored shear strength method”, não foi adotado uma vez que ele é mais
indicado a argilas rijas, com elevados valores de OCR. Cabe destacar, como será visto por
50
ocasião da interpretação dos resultados, que este pacote argiloso superficial, de muito baixa
consistência, contribui muito pouco para a resistência do solo durante a cravação.
Nas camadas de solo residual, em grande parte de natureza siltosa e arenosa, tanto
o atrito lateral unitário como a resistência de ponta durante a cravação contínua são
calculados utilizando-se os procedimentos estáticos, conforme preconizam os métodos
apresentados no capítulo 2. Porém, valores limites de atrito lateral e resistência de ponta
são normalmente aplicados para a estimativa da resistência durante a cravação, também
incorporados no Anexo B.
Os valores limites incorporados ao Anexo B foram de 120 kPa em relação ao atrito
unitário (Toolan e Fox, 1977) e de 9,8 MPa, em relação à resistência unitária de ponta para
areias (Stevens et al (1982). A escolha destes limites procurou contemplar uma
interpretação do autor desta dissertação como um consenso entre as opiniões dos autores
pesquisados.
4.2. Método do Corpo de Engenheiros do Exército Americano
Neste item resumiu-se o método utilizado pelo US Army Corps of Engineers (2005).
São apresentadas apenas as expressões e tabelas associadas à aplicação do método às
estacas pré-moldadas de concreto, trabalhando à compressão.
4.2.1.Estacas em solos não coesivos (de comportamento drenado)
4.2.1.1 Atrito Lateral
O atrito lateral de estacas em solos arenosos varia linearmente com a profundidade
até uma profundidade crítica, D
c
, permanecendo constante abaixo desta profundidade. A
profundidade crítica varia entre 10 a 20 diâmetros (ou largura B), dependendo da
densidade relativa da areia, da seguinte forma:
D
c
= 10 B, para areias fofas;
D
c
= 15 B, para areias médias;
D
c
= 20 B, para areias densas.
O atrito lateral
S
f unitário é determinado pela seguinte expressão:
51
δ
×
σ
′
×
=
tanKf
vs
(4.2 )
onde:
v
σ
′
= tensão efetiva vertical, para D<D
c
;
v
σ
′
= tensão efetiva vertical na profundidade crítica D
c
para D> D
c
;
K
= coeficiente de empuxo lateral, variando de 1,0 a 2,0 para areias, 1,0 para siltes e 1,0
para argilas;
δ = ângulo de atrito entre o solo e a estaca, variando de 0,9 a 1,0 φ
′
, para estacas de
concreto;
D = profundidade considerada.
A resistência total de atrito num certo trecho é dada por:
sss
AfQ
×
=
(4.3 )
onde A
s
é a área lateral da estaca em contato com o solo.
Na presente análise, de forma a prever a condição presente durante a cravação
contínua, será aplicado o valor limite de atrito lateral unitário de Toolan e Fox (1977), de
120kPa.
4.2.1.2. Resistência de ponta
A resistência unitária na ponta é calculada como:
qv
Nq ×=
'
σ
(4.4 )
sendo:
σ
v
’
= tensão efetiva vertical, para D< D
c
;
σ
v
’
= tensão efetiva vertical na profundidade crítica D
c
para D ≥ D
c
Os mesmos valores estabelecidos da profundidade crítica para o atrito lateral são
utilizados para o cálculo da resistência de ponta.
O valor de
q
N deve ser obtido da Figura 4.1, em função de
φ
′
.
52
Figura 4.1 Fator de capacidade de carga
q
N , US Corps of Engineers (2005)
Na presente análise, de forma a prever a condição de resistência durante a cravação
contínua, será considerado o valor limite da resistência unitária de Stevens et al. (1982), de
cerca de 9,8 MPa.
4.2.2. Estacas em solos coesivos (de comportamento não drenado)
4.2.2.1. Atrito lateral
Embora denominado de atrito lateral, a publicação do US Army Corps of Engineers
(2005) ressalta que a resistência é devida à coesão ou adesão da argila ao fuste da estaca,
calculada como:
N
q
, Fator de Capacidade de Carga
φ
, Ân
g
ulo de Atrito Interno
LEGEND
A
FAIXA
SUGERIDA
53
as
cf
=
(4.5 )
sendo
ua
Sc
×
α
=
(4.6 )
onde:
a
c = adesão entre a argila e a estaca;
α = fator de adesão;
u
S = resistência não drenada da argila.
A resistência lateral total num certo trecho é dada por:
sss
AfQ
×
=
(4.7 )
onde A
s
é a área lateral da estaca em contato com o solo.
Os valores de α, função da resistência não drenada, são obtidos da Figura 4.2.
Figura 4.2 Valores de
α
em função de
U
S , US Corps of Engineers (2005).
54
Um procedimento alternativo desenvolvido por Semple e Ridgen (1984), conforme
citado pelo US Army Corps of Engineers (2005), consiste na obtenção dos valores de
α
que são especialmente aplicados a estacas longas, dados por:
21
α
×
α
=
α
(4.8)
e
us
Sf
×
=
α
(4.9)
com α
1
e α
2
obtidos da Figura 4.3.
Figura 4.3 Valores de α1 e α2 para estacas muito longas, US Corps of Engineers (2005).
Em todo o trecho argiloso superficial será adaptado o fator corretivo também utilizado
no método de Decourt e Quaresma (1978), a partir da proposta de Toolan e Fox (1977), ou
seja, a utilização da resistência amolgada, antevendo as condições durante a cravação.
4.2.2.2. Resistência de ponta
A resistência de ponta é calculada como:
u
Sq
×
=
9
( 4.10 )
e
55
qAQ
tt
×
=
(4.11)
Na presente análise, de forma a prever a condição de resistência durante a cravação
contínua, será considerado o mesmo valor limite da resistência unitária de Stevens et al.
(1982), de cerca de 9,8 MPa. Este valor limite, muito provavelmente, dificilmente será
ultrapassado em solos de natureza argilosa.
4.2.3. Estacas em solos siltosos
A diferença para o caso das areias, para o atrito lateral, consiste na introdução da
parcela
c×α , sendo α obtido da Figura 4.2 e c a parcela de coesão.
ctanK
'
vs
×α+δ×σ×=τ
( 4.12 )
com K = 1,0.
Não há diferença para o caso das areias no caso da resistência de ponta.
4.2.4. Estacas em solos estratificados
A publicação do Corpo de Engenheiros do Exército Americano ressalta ainda que no
caso de solos estratificados, os procedimentos de cálculo devem ser utilizados com base em
cada camada. A capacidade de carga na ponta deve ser determinada a partir das
propriedades da camada de solo na ponta. Contudo, quando camadas mais fracas existirem
a profundidades de até cerca de 1,5 m ou 8 diâmetros abaixo da ponta, o que for maior, a
resistência de ponta vai ser afetada. Torna-se necessário computar este efeito e considerá-
lo quando do cálculo da resistência de ponta. No cálculo do atrito lateral, a contribuição de
cada camada é computada separadamente, considerando as camadas acima como
sobrecargas e aplicando os fatores de redução apropriados para o tipo de solo envolvido em
cada incremento de profundidade.
56
4.2.5.Parâmetros geotécnicos selecionados
Na elaboração da planilha correspondente à análise pelo método do Corpo de
Engenheiros do Exército Americano (2005), será considerada, para o pacote superficial
argiloso, a resistência não drenada obtida dos resultados dos ensaios Vane amolgados.
Para as camadas de natureza arenosa, os valores de ângulo de atrito serão obtidos
da correlação de Kulhawy e Mayne (1990).
34,0
'
1
/3,202,12
tan
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
=
−
avo
tc
p
N
σ
φ
(4.13)
Nesta correlação N é o valor do N
SPT
padrão americano, cuja energia é da ordem de
55 a 60% da energia teórica de queda livre, enquanto a eficiência que tem sido medida no
SPT brasileiro é da ordem de 72 a 83%. O valor de
0
V
σ
′
é a tensão efetiva vertical, enquanto
p
a
é uma tensão de referência, igual a 100 kPa.
Com base na equação 4.14 abaixo, e introduzindo-se os valores médios das
eficiências tem-se:
EUASPTBrasilSPT
efNefN ).().(
=
( 4.14 )
BrasilSPTEUASPT
NN )(35,1)(
=
( 4.15 )
Cabe observar que os valores de ângulo de atrito da correlação acima, obtidos após
correção da energia, são excessivos em muitas situações, quando comparados à
experiência com os solos residuais brasileiros. Mais pesquisa há que ser procedida na
conversão do N
SPT
brasileiro para o padrão americano. Porém, como os valores de atrito
lateral unitário dos métodos de estimativa da resistência durante a cravação devem ser
sempre inferiores aos valores limites, indicados no item 2.2, valores de ângulo de atrito
excessivos não foram incorporados aos cálculos desenvolvidos.
Para as camadas de solo residual argiloso, em que se costuma considerar tanto o
parâmetro de ângulo de atrito como uma coesão efetiva na mobilização da resistência ao
cisalhamento, procurou-se simplificar adotando-se apenas a parcela da coesão, de forma a
se poder utilizar diretamente a expressão 4.16, também proposta por Kulhawy e Mayne
(1990).
57
EUASPTau
NpS )(06,0)/(
=
( 4.16 )
onde
a
p é uma tensão de referência, igual a 100 kPa.
4.3. Valores Esperados e Variância da Capacidade de Carga
A resistência axial oferecida pelo solo durante a cravação da estaca é calculada
através da soma do atrito lateral desenvolvido ao longo das diferentes camadas e da
resistência de ponta na profundidade final.
()
k21
1n
1i
irupt
x,...x,xqQ
∑
+
=
=
(4.17)
onde
()
k21i
x,...x,xq
são as funções que descrevem o atrito lateral nas diferentes camadas e a
resistência de ponta na profundidade final;
n = número de camadas, sendo que o termo (n+1) se refere à resistência de ponta na
profundidade final.
O valor esperado da capacidade de carga é, assim, dado por:
∑
+
=
=
1
1
n
i
qiQrupt
µµ
( 4.18 )
A variância da capacidade de carga é dada por
∑
+
=
σ=σ
1n
1i
2
qi
2
Qrupt
( 4.19 )
As expressões desenvolvidas para o cálculo do valor esperado da capacidade de
carga
Qrupt
µ e da variância
2
Qrupt
σ em função de
(
)
k21i
x,...x,xq , tanto para o método de
Decourt e Quaresma (1978) como para o método do US Army Corps of Engineers (2005),
prevendo as condições durante a cravação (SRD), são apresentadas, respectivamente, nos
Anexos B e C.
58
Nestas expressões são utilizados métodos aproximados para a determinação das
funções
()
k21i
x,...x,xq . A formulação utilizada é o “FOSM”, ou seja, “first order second
moment”, na qual são considerados apenas os dois primeiros momentos probabilísticos das
variáveis aleatórias
k21
x,...x,x (média e desvio padrão), para determinação da média e
desvio padrão da variável de interesse. Estas expressões foram desenvolvidas, nesta
pesquisa, assumindo uma distribuição normal para as variáveis.
Um resumo sobre algumas definições e também sobre o método da Expansão em
Série de Taylor pode ser visto em Harr (1987) e Avelino (2006).
Expandindo-se uma função f(x) em série de Taylor em relação ao ponto
xx
=
(sendo
x o valor médio de x) e truncando-se a série após o termo de segunda ordem
obtém-se (Harr, 1987; Avelino, 2006; Pacheco, 2007):
()
[]
() ()()
(
)
()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
′′
+−
′
+=
2
2
xx
xf
xxxfxfExfE
( 4.20 )
()
[]
() () ()
(
)
()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
′′
+−
′
+=
2
2
xxE
xf
xxExfxfxfE
( 4.21 )
Considerando-se que
(
)
0=− xxE e
(
)
[]
xVxxE =−
2
, tem-se:
()
[]
()
(
)
[]
xV
xf
xfxfE
2
′′
+=
( 4.22 )
()
[]
()
[]
[]
(
)
[][ ] []
() ()
xfxfxxVxfxVxfxfV
x
′′′
+−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
′′
+
′
=
3
12
2
22
1
4
1
σββ
( 4.23 )
No caso da distribuição normal, β1 = 0 e β2= 3 e a expressão acima se torna:
()
[]
(
)
[
]
[]
(
)
[]
[
]
xVxfxVxfxfV
2
22
2
1
′′
+
′
=
( 4.24 )
59
4.4. Considerações e Simplificações Empregadas na Análise
4.4.1.Divisão da área em regiões representativas
Dividiu-se cada trecho do Embasamento em regiões representativas, de tal forma
que cada uma das estacas em estudo pudesse ser analisada por um conjunto de sondagens
relativamente próximas, pertencentes a uma certa região representativa. A Figura 4.4 ilustra
um caso típico, correspondendo às estacas P203A e P215A do Setor G. Para cada região
representativa foi estabelecido um perfil geotécnico único para aquela região. Cabe observar
que a própria escolha da região foi condicionada à sua representatividade através do perfil
escolhido.
Nota: A região hachurada corresponde à projeção dos prédios
Figura 4.4 Planta com regiões representativas para cada grupo de sondagens.
Foram elaboradas planilhas Excel para os dois métodos de previsão “a priori”. No
Anexo E são apresentadas as planilhas para a estaca P169B do setor do M, Método de
Decourt e Quaresma (1978) e no Anexo F para o Método do Corpo de Engenheiros do
Exército Americano (2005). Optou-se por incluir apenas uma planilha típica em função da
grande extensão do total de planilhas analisadas.
GRUPO B DE SONDAGENS
GRUPO A DE SONDAGENS
P203
P215
60
A figura 4.5 apresenta um perfil típico do Grupo D de sondagens do Setor M
Figura 4.5 Perfil típico do Grupo D de sondagens do Setor M.
4.4.2.Simplificações Incluídas na Planilha do Método Decourt e Quaresma (1978)
Na planilha correspondente à análise pelo método de Decourt e Quaresma (1978),
utilizaram-se inicialmente, como tentativa, dois procedimentos para a determinação do valor
esperado do N
SPT
a cada metro de profundidade.
ARGILA MUITO MOLE
AREIA SILTOSA
SILTE ARENOSO MEDIANAMENTE COMPACTO
SILTE ARENOSO COMPACTO
AREIA MÉDIA E GROSSA SILTOSA (SOLO RESIDUAL)
8m
5m
3m
2m
15m
61
Numa primeira versão da planilha considerou-se o valor esperado do N
SPT
a cada
metro de profundidade como o valor médio entre as n sondagens incluídas na região
representativa. Numa segunda versão procedeu-se, para cada uma das camadas de solo do
perfil estabelecido, uma correlação do N
SPT
com a profundidade, considerando-se o valor
ajustado de N
SPT
(correlacionado com a profundidade), a cada metro, como o valor esperado
do N
SPT
para cada profundidade. Este procedimento foi proposto por Pacheco (2007) como
sendo o mais adequado.
Após a comparação entre os resultados obtidos a partir destes dois procedimentos,
verificou-se uma menor variância nos valores de N
SPT
a cada metro para a primeira tentativa.
De fato, na primeira camada de argila muito mole, o ensaio SPT não apresenta
sensibilidade, sendo praticamente nulo ao longo de todo o trecho investigado. Nesta
camada, apesar do coeficiente de correlação relativamente baixo, a análise de regressão
mostra a tendência de crescimento da resistência à penetração do N
SPT
com a profundidade.
A Figura 4.6 ilustra um exemplo obtido para a camada de Argila Siltosa Mole a Média de um
trecho representativo do Setor M para o caso do N
SPT AJUSTADO
a cada metro representar o
valor esperado do N
SPT
.
Argila Siltosa Mole a Média
y = 0,62x + 0,05
R
2
= 0,17
0
2
4
6
8
10
12
14
8 9 10 11 12 13 14
Profundidade (m)
Figura 4.6 Coeficiente de Correlação para análise com NSPT
AJUSTADO
.
Conforme ilustra o Gráfico da Figura 4.6, o coeficiente de correlação obtido foi de
r=0,41. O Gráfico mostra as retas obtidas através da análise dos Limites de Confiança da
Média e Limites de Confiança individuais.
Profundidade (m)
N
SPT
Limites de Confiança
Individuais
Limites de Confiança
da Média
62
Na figura 4.7, repetiu-se o mesmo procedimento anteriormente descrito para a Figura
4.6, porém expurgando-se alguns valores fora da faixa dos limites de confiança individuais.
Observando o Gráfico da Figura 4.7, pode-se perceber, conforme descrito
anteriormente, que o coeficiente de correlação determinado para análise com N
SPT AJUST
(r=0,53) foi agora superior ao encontrado para a análise anterior, embora o primeiro seja
considerado mais realista.
Argila Siltosa Mole a Média
y = 0,48x + 1,24
R
2
= 0,28
0
2
4
6
8
10
12
8 9 10 11 12 13 14
Figura 4.7 Coeficiente de Correlação para análise com N
AJUST
utilizando-se o artifício do
Expurgo.
Foi feita uma terceira versão da planilha, na expectativa de se obter resultados com
melhor confiabilidade. Esta análise baseou-se nos estudos de variabilidades da resistência
lateral unitária (f
S
) e os resultados estão presentes na Figura 4.8, cujo coeficiente de
correlação obtido foi de r=0,41, portanto igual ao obtido nas análises com N
SPT AJUSTADO
.
N
SPT_AJUSTADO
Profundidade (m)
Limites de Confiança
Individuais
Limites de Confiança
da Média
63
Argila Siltosa Mole a Média
y = 2,06x + 10,17
R
2
= 0,17
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
8 9 10 11 12 13 14
Figura 4.8 Coeficiente de Correlação para análise com fs
AJUST
.
Resolveu-se, assim, adotar a primeira tentativa, considerando o N
SPT MÉDIO
, a cada
profundidade, como o valor do N
SPT
esperado.
Na impossibilidade de apresentação de todos os gráficos, que são muito extensos,
apresenta-se, na Figura 4.9 um resultado típico obtido para a estaca P157 do Setor M,
analisada pelo método de Decourt e Quaresma (1978), respectivamente, para a situação
embuchada e não embuchada.
Profundidade (m)
f
S
(kN/m
2
)
Limites de Confiança
Individuais
Limites de Confiança da
Média
64
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
RESISTÊNCIA DO SOLO - DECOURT QUARESMA, kN
PROF, m
Embuchada
Não-Embuchada
Figura 4.9. Comparação da resistência com a profundidade levando-se em consideração a
análise do embuchamento da Estaca P157, do Grupo D de Sondagens do Setor M.
Resistência do Solo – Decourt-Quaresma (kN)
Profundidade (m)
65
4.5. Resultados das Análises para o Método de Decourt-Quaresma
Os resultados das análises das estimativas “a priori” da resistência durante a
cravação das estacas analisadas, assim como seus respectivos desvios padrão e
coeficientes de variação, estão apresentados na Tabela 4.1.
A Tabela 4.2 apresenta uma comparação entre os coeficientes de variação de ponta
e atrito na previsão a priori de todos os Setores analisados.
Os dados geométricos das estacas constam na Tabela 3.5
Tabela 4.1. Parâmetros da distribuição “a priori” da resistência do solo durante a cravação
para os Setores Analisados.
Setor Estaca
Valor esperado
µ
Q
P
(em kN)
Desvio padrão
σ
Q
P
(em kN)
Coeficiente
de Variação
σ
Q
P
/ µ
Q
P
P 157 2184,70 1242,37 (0,57)
P 169B 1860,05 386,46 (0,21)
P 122C 2022,11 381,22 (0,19)
P 109B 2246,01 865,42 (0,39)
M
P 190 1626,65 501,26 (0,31)
P 203A 930,74 138,29 (0,15)
P 203B 908,90 138,31 (0,15)
G
P 215A 982,29 135,13 (0,14)
P 138 1082,74 127,58 (0,12)
F
P 184 1238,70 200,20 (0,16)
P 109D 2216,11 318,44 (0,14)
P 137B 688,60 544,37 (0,79)
P 170A 702,89 230,26 (0,33)
P 209B 1265,00 584,97 (0,46)
P 210B 1689,89 1034,74 (0,61)
P 227D 1024,30 388,49 (0,38)
P 242 1501,59 622,01 (0,41)
P 243C 1501,59 625,50 (0,42)
N
P C6 1038,72 357,34 (0,34)
Nota: Os dados geométricos das estacas constam na Tabela 3.5.
66
Tabela 4.2. Comparação entre os coeficientes de variação da parcela de ponta e atrito na
previsão “a priori” para o Setores analisados.
Setor Estaca
%
Ponta
σ
Q
P
/ µ
Q
P
Global
σ
Q
P
/ µ
Q
P
Ponta
σ
Q
P
/ µ
Q
P
Atrito
P 157 62 0,57 0,91 0,18
P 109B 50 0,39 0,75 0,16
P 190 44 0,31 0,68 0,13
P 169B 40 0,21 0,45 0,17
M
P 122C 33 0,19 0,50 0,14
P 203B 15 0,15 0,65 0,14
P 215A 15 0,14 0,59 0,12
G
P 203A 15 0,15 0,65 0,13
P 138 15 0,12 0,56 0,10
F
P 184 17 0,16 0,69 0,13
P 137B 71 0,79 1,11 0,30
P 210B 71 0,61 0,86 0,30
P 243C 62 0,42 0,67 0,15
P 242 62 0,41 0,67 0,10
P 209B 60 0,46 0,75 0,26
P 227D 56 0,38 0,67 0,15
P 170A 52 0,33 0,63 0,10
P C6 42 0,34 0,78 0,19
N
P 109D 23 0,14 0,48 0,12
Nota: Os dados geométricos das estacas constam na Tabela 3.5.
De posse dos resultados, pode-se observar da Tabela 4.2 que, de modo geral,
quanto maior a influência da ponta na capacidade de carga total da estaca, maior o
coeficiente de variação global. Tal constatação sinaliza para o fato de que quanto maior a
influência da ponta, maior a incerteza quanto à capacidade de carga. Cabe destacar que
esta conclusão é válida pelo menos para as estacas pré-moldadas analisadas e o tipo de
perfil característico desta obra, em que as estacas atravessam um pacote de solo
sedimentar, de espessura bastante variável, e se encontram embutidas em solo residual.
Observa-se, de forma geral, para cada uma das estacas analisadas, que a parcela
da carga resistida pela ponta apresenta uma variabilidade muito superior à da carga
resistida por atrito lateral, representada pelos coeficientes de variação. Ainda se pode
observar que os maiores coeficientes de variação da carga de ponta estão, em geral,
associados ao maior percentual de carga resistida pela ponta em relação à resistência
67
global. Para facilitar esta verificação para cada Setor da Tabela 4.2 as estacas foram
listadas da maior para a menor porcentagem de carga na ponta.
A Tabela 4.3 apresenta, para todas as estacas analisadas, a informação acerca da
natureza do solo residual na profundidade de embutimento da ponta das estacas.
Tabela 4.3. Natureza do solo no trecho de embutimento da ponta da estaca.
Setor Estaca
Natureza do solo no trecho de
embutimento da ponta da estaca
P 157
P 169B
Areia Média e Grossa Siltosa,
medianamente compacta e compacta
(Solo Residual)
P 122C
P 109B
M
P 190
Silte Arenoso, medianamente
compacto (Solo Residual)
P 203A
P 203B
G
P 215A
Silte Argiloso Médio e Rijo
(Solo Residual)
P 138
F
P 184
Silte Argiloso Médio e Rijo
(Solo Residual)
P 109D
P 137B
P 170A
P 209B
P 210B
P 227D
P 242
P 243C
N
P C6
Silte Arenoso Medianamente
Compacto (Solo Residual)
Cabe observar também que a maior parte das estacas encontra-se com ponta
embutida em solo residual arenoso, ou silto arenoso. Apenas as estacas dos Setores G e F
estão assentes em solo residual de natureza silto argilosa. De fato, constata-se que as
estacas dos Setores G e F apresentaram as menores porcentagens de carga na ponta e os
valores mais reduzidos de coeficiente de variação global nas Tabelas 4.1 e 4.2.
Análises similares em outros tipos de perfis poderão ser realizadas, futuramente, de
forma a verificar os níveis de incerteza presente em diferentes tipos de estacas e em caráter
regional.
68
4.6. Resultados das Análises para o Método US Army Corps of Engineers
Os resultados das análises das estimativas “a priori” da resistência durante a
cravação das estacas pelo Método do US Corps of Engineers (2005) são apresentadas na
Tabela 4.4.
Tabela 4.4. Parâmetros da distribuição “a priori” da resistência do solo durante a cravação
para o Método do US Army Corps of Engineers (2005) para os Setores analisados.
Setor Estaca
Valor esperado
(µ
Q
P
) (em kN)
Desvio
padrão
σ
Q
P
(em kN)
Coeficiente de
Variação
σ
Q
P
/ µ
Q
P
P 157 3187,00 1807,00 (0,57)
P 169B 2640,93 837,66 (0,32)
P 122C 3513,80 1369,90 (0,39)
P 109B 3370,80 1108,85 (0,33)
M
P 190 3583,90 1928,54 (0,54)
P 203A 818,10 96,55 (0,12)
P 203B 787,70 123,86 (0,16)
G
P 215A 883,45 110,65 (0,13)
P 138 937,21 137,78 (0,15)
F
P 184 1366,76 186,14 (0,14)
P 109D 1941,15 476,20 (0,25)
P 137B 851,31 583,49 (0,69)
P 170A 882,76 372,77 (0,42)
P 209B 1635,39 1034,24 (0,63)
P 210B 1767,15 1166,52 (0,66)
P 227D 1782,38 1035,69 (0,58)
P 242 1205,32 674,11 (0,56)
P 243C 1875,05 1195,41 (0,64)
N
P 6C 1133,43 521,40 (0,46)
Nota: Os dados geométricos das estacas constam na Tabela 3.5.
Semelhantemente ao caso do método anterior, a Tabela 4.5 foi preparada para
permitir uma comparação direta entre os coeficientes de variação das parcelas de ponta e
atrito na previsão “a priori” de todos os Setores analisados para este segundo modelo de
cálculo.
69
Tabela 4.5. Comparação entre os coeficientes de variação da parcela de ponta e atrito na
previsão “a priori” para o Método do US Army Corps of Engineers (2205) para os Setores
analisados.
Setor Estaca
%
Ponta
σ
Q
P
/ µ
Q
P
Global
σ
Q
P
/ µ
Q
P
Ponta
σ
Q
P
/ µ
Q
P
Atrito
P 190 64 0,54 0,84 0,09
P 157 56 0,57 1,00 0,14
P 109B 40 0,33 0,81 0,08
P 122C 39 0,39 1,00 0,07
M
P 169B 32 0,32 0,98 0,09
P 215A 9 0,13 0,53 0,13
P 203A 6 0,12 0,54 0,12
G
P 203B 6 0,16 0,58 0,16
P 138 16 0,15 0,60 0,13
F
P 184 9 0,14 0,76 0,13
P 137B 69 0,69 1,00 0,10
P 210B 66 0,66 1,00 0,09
P 243C 64 0,64 1,00 0,10
P 209B 63 0,63 1,00 0,08
P 227D 57 0,58 1,00 0,10
P 242 56 0,56 1,00 0,14
P C6 46 0,46 1,00 0,15
P 170A 45 0,45 1,00 0,11
N
P 109D 42 0,43 1,00 0,10
Nota: Os dados geométricos das estacas constam na Tabela 3.5.
A mesma tendência do modelo de cálculo anterior pode ser observada, ou seja,
enquanto o coeficiente de variação do atrito lateral previsto é relativamente baixo, ainda
menor neste método do que no de Decourt e Quaresma (1978), o coeficiente de variação da
ponta é alto. No caso deste modelo de cálculo, os coeficientes de variação da ponta são
excessivamente altos. De fato, o valor de
q
N da Figura 4.1 é extremamente sensível ao
valor de
φ
′
. Além deste aspecto, os parâmetros de resistência ao cisalhamento dos solos
não foram obtidos diretamente, mas através de correlações, a partir das expressões (4.13) a
(4.15), que correlacionam
φ
′
e S
u
com
SPT
N . O uso de correlações também introduz
incertezas nos valores dos parâmetros e, conseqüentemente, das parcelas de resistências
estimadas. Os dois efeitos combinados, tanto a incerteza dos parâmetros como nos valores
de
q
N (para as areias) e N
c
, para os poucos casos de ponta em solo argiloso, resultam num
70
valor excessivo de variabilidade da resistência de ponta no método do US Army Corps of
Engineers. Esta variabilidade poderia ter sido ainda maior, caso não se tivesse limitado a
resistência de ponta a 9,8MPa. Por outro lado, no caso do atrito lateral, as incertezas na
estimativa são bem menores. Os valores de K, σ
´
v
e δ, presentes na expressão (4.2), bem
como os valores de α e S
u
, das expressões (4.5) e (4.6), apresentam um nível de incerteza
muito menor na sua determinação.
Outro aspecto que pode ser observado das Tabelas anteriores é de que apesar dos
dois modelos de cálculo apresentarem diferenças às vezes significativas entre os valores
esperados da resistência do solo durante a cravação, o que será detalhado no próximo item,
as distribuições de resistência percentuais na ponta e, conseqüentemente, no atrito, são
aproximadamente equivalentes.
4.7. Comparação entre as Estimativas “A Priori” da Resistência durante a
Cravação pelos dois Modelos de Cálculo
Os resultados que compõem as tabelas anteriores podem ser visualizados na Figura
4.10, onde no eixo horizontal estão representados os valores esperados das estimativas “a
priori” da resistência durante a cravação pelo modelo de cálculo adaptado do método de
Decourt e Quaresma (1978) e no eixo vertical pelo modelo adaptado do método do Corps of
Engineers (2005).
Procurou-se estabelecer a relação entre os dois modelos através da melhor reta que
passa pela origem dos eixos, segundo Bussab (1986).
2
i
ii
x
yx
b
∑
∑
=
( 4.25 )
2
22
2
i
i
y
xb
R
∑
∑
=
( 4.26 )
onde b é o coeficiente linear da reta (ou seja, relação
DECOURT
P
Q
CORPSUS
P
Q
µµ
) e R é o
coeficiente de explicação.
O valor de b expressa a relação entre os dois modelos de cálculo,
DECOURT
P
Q
CORPSUS
P
Q
µµ
, em relação à estimativa “a priori”.
71
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Figura 4.10. Correlação, passando pela origem, entre os valores esperados “a priori” de
resistência oferecida pelo solo durante a cravação pelos dois modelos.
Na Figura 4.10, a reta a 45° ilustra que, para a maior parte das estacas, o método
adaptado do US Corps of Engineers forneceu estimativas “a priori” mais elevadas, cerca de
31 % superiores em termos globais em relação ao método adaptado de Decourt (1978).
µ
Q
P
DECOURT
(kN)
µ
Q
P
US CORPS
(
kN
)
P
DECOURTQ
P
ENGINEERSOFCORPSQ
µµ
×= 31,1
R=0,81
72
5. Retro análise da Resistência do Solo Durante a Cravação a Partir
dos Registros de Campo. Função de Verossimilhança
5.1. Generalidades
Os registros de campo obtidos durante a execução refletem a resistência provável
mobilizada pelo solo por ocasião da cravação da estaca, ou seja, uma estimativa “objetiva”
de resistência, enquanto a estimativa procedida no capítulo anterior é aquela calculada
antes da execução (“a-priori”), podendo ser considerada uma estimativa “subjetiva”, Lacasse
et al (1991).
O Programa GRLWEAP (2005) será utilizado nesta dissertação para a estimativa da
distribuição provável (“objetiva”) da resistência mobilizada pelo solo durante a cravação para
posterior aplicação do teorema de Bayes, visando à atualização desta resistência.
A aplicação do programa GRLWEAP (2005), que simula a cravação da estaca
através da equação da onda, necessita de parâmetros de entrada que apresentam certa
incerteza, alguns deles tendo um maior impacto nos resultados, merecendo, portanto,
tratamento diferenciado. Outros parâmetros, de menor relevância nos resultados, podem ter
sua incerteza grupada numa variância única.
Guttormsen (1987) procedeu a um estudo paramétrico utilizando o programa WEAP
(1986) com o objetivo de auxiliar o usuário do programa na avaliação dos parâmetros cuja
incerteza deve ser tratada separadamente e daqueles parâmetros cuja incerteza possa ser
grupada numa variância única. A análise paramétrica incluiu a eficiência do martelo, a
porcentagem de atrito e sua distribuição ao longo do fuste da estaca, o amortecimento de
atrito e de ponta do modelo de Smith (1960), o coeficiente de restituição do coxim e do cepo,
o módulo de elasticidade do coxim e o comprimento dos elementos da estaca.
A análise foi procedida para uma estaca offshore circular metálica de ponta aberta,
com cerca de 1,2m de diâmetro externo e 55m de penetração em solo argiloso. Guttormsen
(1987) verificou que a eficiência do martelo, normalmente considerada entre 60 e 90%, é
uma das fontes de maior incerteza nas previsões de cravabilidade. Segundo aquele autor,
os fabricantes dos martelos geralmente apresentam limites superiores de eficiência,
assumindo que tudo esteja funcionando perfeitamente. Contudo, durante as cravações
offshore as eficiências podem se situar em patamares significativamente inferiores aos
especificados, face às deficiências na manutenção dos martelos. Se este é o caso das
estacas offshore, cujas dimensões e dificuldades de execução requerem um controle muito
73
mais rigoroso dos martelos, nas estacas em terra, objeto da presente pesquisa, patamares
ainda menores de eficiência podem ser esperados. Guttormsen (1987) sugere que os
estudos de cravabilidade de estacas offshore sejam procedidos com uma faixa de incerteza
na eficiência de cerca de 10%. Para o estudo paramétrico que o autor procedeu para uma
estaca offshore com uso do martelo Menck M4600, por exemplo, ele utilizou uma eficiência
média de 67%, enquanto o fabricante recomendava 75%. Guttormsen (1987) utilizou uma
faixa de variação de 60,3 a 73,7%.
Na presente pesquisa, onde se utilizou o banco de dados da obra descrita no
capítulo 3, em que os martelos utilizados foram de queda livre, será utilizada uma eficiência
média de 60% associada a uma incerteza de cerca de15%, ou seja, uma faixa de variação
de 50% a 70%.
A porcentagem de mobilização do atrito lateral, em relação à resistência total
mobilizada durante a cravação, costuma ser uma variável sensível no estudo da
cravabilidade. A distribuição do atrito ao longo da profundidade só costuma ser relevante
quando a porcentagem de atrito é alta. Na presente pesquisa, procurou-se adotar a mesma
situação de embuchamento ou não embuchamento (a correspondente à menor resistência)
obtida da previsão, tratada no capítulo anterior, associada a uma porcentagem de atrito
correspondente ao valor esperado da previsão “a priori” considerando um valor
compreendido entre os dois métodos estudados no capítulo 4, que forneceram percentuais
em geral muito próximos. Para a distribuição do atrito, procurou-se proceder a um perfil de
distribuição que contemplasse a distribuição média da previsão obtida pelos dois métodos
no capítulo anterior. Quanto à condição de embuchamento, considerou-se a mesma
situação da previsão “a priori” para a profundidade final (em geral embuchada). Porém, o
valor do peso específico da estaca, para entrada no programa GRLWEAP (2005), foi
majorado, considerando-se o peso da bucha de solo no interior da estaca, correspondente
aos trechos em que se previu a penetração não embuchada da estaca. Exemplificando: para
a estaca P119 do Setor D, que possui 19,6m de comprimento, 33cm de diâmetrpo externo e
18cm de diâmetro interno, o peso específico da estaca levando-se em consideração a bucha
foi determinado da seguinte maneira:
()
mA
A
mkNmmkNmmkNmmkN
anel
núcleo
c
6,19
/193/204/147/25
3333
×
××+×+×+=
γ
()
33333
/30
6,19060,0
025,0
/193/204/147/25 mkN
m
mkNmmkNmmkNmmkN
c
=
×
××+×+×+=
γ
onde:
74
•
3
/25 mkN corresponde ao peso específico do concreto;
• 7m corresponde à espessura da camada de argila mole e 14kN/m
3
seu peso
específico;
• 4m corresponde à espessura da camada de areia média e grossa subjacente à
camada de - argila mole, e 20kN/m
3
seu peso específico;
• 3m representa a espessura do trecho de solo residual que penetrou na estaca e
19kN/m
3
seu peso específico;
•
núcleo
A corresponde à área da seção transversal do núcleo da estaca (trecho da
bucha);
•
anel
A corresponde à área da seção transversal anelar da estaca.
Os amortecimentos de atrito e de ponta também foram considerados parâmetros
importantes no estudo de sensitividade efetuado por Guttormsen (1987), que ressalta que
muitos engenheiros costumam utilizar tais fatores como aqueles que melhor se ajustam a
valores de medições de campo. Se nenhum dado experimental for disponível, a sugestão de
Guttormsen (1987) é de que sejam utilizadas as recomendações do manual do programa.
Este procedimento foi também adotado.
Quanto à escolha do número de segmentos da estaca, Guttormsen (1987) verificou
que esta escolha está sempre condicionada ao esforço computacional e à acurácia dos
resultados. O autor variou o comprimento dos elementos entre 1 e 1,6m verificando que a
influência desta variação foi desprezível nos resultados das análises.
Uma variação de cerca de 20% no módulo de elasticidade do coxim teve também
uma influência muito pouco significativa nos resultados das análises daquele autor. Uma
variação da mesma ordem no coeficiente de restituição da estaca também mostrou
influência desprezível nos resultados. Já uma variação da mesma ordem no amortecedor do
martelo apresentou um efeito mensurável. Porém, Guttormsen (1987) ressalta que
informações sobre o amortecedor do martelo em geral não são disponíveis.
Cabe destacar que nas estacas metálicas não se costuma adotar coxim como
amortecedor da estaca, diferentemente das estacas de concreto, objeto da presente
pesquisa.
O autor da presente pesquisa, com base nas análises de Guttormsen (1987), bem
como de outros estudos paramétricos disponíveis, como em Nakao (1981), procedeu às
análises da estimativa “objetiva”, com base no programa GRLWEAP (2005), conforme
descrito no próximo item.
75
5.2. Procedimento Utilizado nas Análises da Estimativa “Objetiva”
A curva esperada de cravabilidade, obtida através dos parâmetros médios
selecionados para cada uma das variáveis do problema em estudo, foi obtida pelo autor da
presente pesquisa com base nas sugestões do manual do GRLWEAP (2005) e na análise
criteriosa das sondagens, dos diagramas de cravação e das estimativas da resistência
durante a cravação. Em relação à variância, procurou-se incorporar às análises da presente
pesquisa as sugestões de Guttormsen (1987), que procedeu à aplicação da teoria
Bayesiana à atualização da estimativa de estacas offshore.
Guttormsen (1987), com base nos resultados de sua análise paramétrica, separou
duas fontes de incerteza na análise de cravabilidade. Face à relevância da incerteza da
eficiência do martelo no resultado das análises, a variância foi considerada de forma isolada.
As variâncias devidas à incerteza dos demais parâmetros foram incorporadas a uma
variância única, obtida a partir de um coeficiente de variação, denominado por Ω, baseado
na experiência do projetista.
Guttormsen (1987) sugere, assim, que esta variância total da estimativa através do
estudo pela equação da onda,
T
σ
, seja obtida por:
222
LHT
σσσ
+=
(5.1 )
sendo
2
H
σ
a variância relativa à eficiência do martelo e
2
L
σ
àquela devida à incerteza nos
demais parâmetros (admitindo independência estatística).
O procedimento proposto por Guttormsen (1987) consiste nos seguintes passos:
i) Executar inicialmente o programa da equação da onda para os parâmetros médios
selecionados, incluindo a eficiência média, obtendo-se a curva esperada de
cravabilidade.
ii) Com o número de golpes por penetração obtido dos registros da obra para a estaca
em análise (inverso ao valor da nega), entra-se no eixo das abscissas da curva de
cravabilidade e obtém-se, no eixo das ordenadas, o valor esperado da resistência do
solo durante a cravação, Figura 5.1.
76
Figura 5.1. Resistência mobilizada durante a cravação versus número de golpes por
penetração.
iii) Executando o programa para o limite inferior da faixa de incerteza da eficiência e, em
seguida, para o limite superior da mesma faixa, se obtém duas outras curvas de
cravabilidade que delimitam uma região onde devem se situar as curvas
correspondentes à faixa de incerteza selecionada para a eficiência do martelo.
iv) Entrando-se no eixo das ordenadas com a resistência dinâmica esperada obtida em ii),
nas curvas de cravabilidade correspondentes aos limites superiores e inferiores de
eficiência, obtém-se, respectivamente, o limite inferior,
1
n , e superior,
2
n , do número
de golpes por penetração, Figura 5.2.
Figura 5.2. Obtenção dos limites (inferior e superior) do número de golpes por penetração,
correspondentes ao valor esperado da resistência mobilizada durante a cravação.
SRD
Nº de golpes/penetração
<
eficiência
>
eficiência
SRD
η
1
η
2
Nº de golpes/penetração
eficiência média
77
A variância
2
H
σ
em relação ao número de golpes é calculada por Guttormsen (1987)
como:
2
21
2
2
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
nn
H
σ
( 5.2 )
A parcela
2
L
σ
da variância devida às demais incertezas pode ser calculada, segundo
Guttormsen (1987) como:
22
)(
NL
µσ
Ω=
( 5.3 )
onde
Ω , coeficiente de variação relativo à incerteza das demais variáveis, que deve ser
selecionado com base na experiência do projetista e
N
µ
o valor esperado do número de
golpes. Com base na extensa experiência obtida na análise de diversas obras de cravação
“offshore” acompanhadas no NGI (Norwegian Geotechnical Institute), Guttormsen (1987)
sugere a adoção de um coeficiente de variação de 0,10. Conhecidos os valores de
H
σ
e
L
σ
,
através da aplicação das expressões anteriores, obtém-se o valor da variância total,
2
T
σ
, em
relação ao número de golpes por penetração, através da expressão (5.1). Continuando o
procedimento proposto por Guttormsen (1987), tem-se:
v) Para o número de golpes medido, no eixo das abscissas, obteve-se, no item ii, o valor
da resistência esperada na cravação, para a curva correspondente à eficiência média.
Introduzindo-se agora a faixa de valores do número de golpes no eixo das abscissas,
valor medido menos desvio padrão e valor medido mais desvio padrão, na curva de
cravabilidade correspondente à eficiência média, obtém-se, finalmente, o limite inferior
da resistência mobilizada durante a cravação (valor esperado menos o desvio padrão)
e o limite superior da resistência mobilizada durante a cravação (valor esperado mais
o desvio padrão).
Exemplificando, para a estaca P157, do Setor M, os resultados são apresentados
graficamente conforme ilustra a figura 5.3.
78
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 1400,0 1600,0
Figura 5.3. Obtenção dos limites (inferior e superior) da resistência do solo durante a cravação
em função do número de golpes por penetração.
vi) O quadrado do desvio padrão obtido em v) corresponde à variância da resistência
mobilizada durante a cravação.
O procedimento descrito anteriormente permite, assim, a obtenção da estimativa do
valor esperado e da variância da distribuição provável (“objetiva”) da capacidade de carga
durante a cravação.
Nas análises procedidas nesta pesquisa, exemplificada para uma das estacas no
Anexo G, o autor adotou um valor de coeficiente de variação Ω, para os demais parâmetros
(exceto eficiência), de 0,12, procurando contemplar também a incerteza quanto ao coxim,
que não está usualmente presente nas análises de estacas metálicas offshore.
Cabe destacar também, conforme sinaliza a Figura 5.3, que dependendo do trecho
da curva de cravabilidade em que se situam o valor esperado e o desvio, o valor esperado
não se localiza na média do intervalo dos valores extremos de SRD. Nestes casos,
procurou-se adotar como desvio a maior diferença em relação ao valor esperado.
5.3. Resumo dos Resultados do Valor Esperado e Variância da Estimativa
“Objetiva”
A Tabela 5.1 resume os resultados obtidos para a estimativa, desvio e coeficiente de
variação dos valores de resistência do solo durante a cravação, obtidos da função de
verossimilhança, para as estacas analisadas.
nº de
g
ol
p
es/
p
enetra
ç
ão
Obtenção do
Limite Superior de
Resistência
Obtenção do
Limite Inferior de
Resistência
SRD (kN)
79
Tabela 5.1. Parâmetros da distribuição da função de verossimilhança da resistência do solo
durante a cravação para os Setores analisados.
Setor Estaca
Valor esperado
µ
Q
L
(em kN)
Desvio
padrão
σ
Q
L
(em kN)
Coeficiente de
Variação
σ
Q
L
/ µ
Q
L
P 157 2556,00 552,00 (0,22)
P 169B 1579,00 132,00 (0,08)
P 122C 1815,00 276,00 (0,15)
P 109B 1875,00 135,00 (0,07)
M
P 190 2010,00 302,00 (0,15)
P 203A 1000,00 217,00 (0,22)
P 203B 1458,00 250,00 (0,17)
G
P 215A 984,00 157,00 (0,16)
P 138 1120,00 190,00 (0,17)
F
P 184 1154,00 177,00 (0,15)
P 109D 1080,00 133,00 (0,12)
P 137B 660,00 114,00 (0,17)
P 170A 700,00 175,00 (0,11)
P 209B 1275,00 130,00 (0,10)
P 210B 1280,00 205,00 (0,16)
P 227D 860,00 136,00 (0,16)
P 242 1410,00 190,00 (0,13)
P 243C 1550,00 242,00 (0,16)
N
P C6 1340,00 170,00 (0,13)
Cabe destacar que os coeficientes de variação obtidos da função de verossimilhança
foram muito inferiores aos valores obtidos, em temos globais, das estimativas “a priori”, com
base em ambos os modelos de cálculo. De fato, a distribuição de verossimilhança foi obtida
com os registros de cravação de cada estaca, no local de sua execução. Embora estejam
presentes as incertezas quanto à eficiência do martelo, bem como dos demais parâmetros
utilizados na retro-análise realizada neste capítulo, não são consideradas, na distribuição da
função de verossimilhança, as variações espaciais do perfil do subsolo, originárias da
grande variabilidade existente no perfil de solo residual.
80
6. Atualização da Capacidade de Carga
6.1. Generalidades
A Figura 6.1 mostra a função densidade de probabilidade da resistência do solo
durante a cravação. O teorema de Bayes permite a obtenção da distribuição “a posteriori”, a
partir da estimativa da distribuição “a priori” e da distribuição da função de verossimilhança.
As equações 6.1 e 6.2 apresentadas por Lacasse et al (1989,1991) e Lacasse e Goulois
(1989), baseadas no teorema de Bayes, possibilitam, assim, o cálculo da estimativa do valor
esperado e da variância da resistência atualizada do solo durante a cravação, “a posteriori”,
em função do valor esperado e da variância da estimativa “a priori” e da distribuição
probabilística da função de verossimilhança.
Figura 6.1. Relação entre as distribuições “a priori”, de verossimilhança e “a posteriori” das
resistências do solo durante a cravação, Guttormsen (1987), Lacasse e Goulois (1989),
Lacasse et al. (1991).
Resistência do solo durante a cravação
a priori
verossimilhança
a posteriori
Função Densidade de Probabilidade
81
P
Q
L
Q
L
Q
P
Q
P
Q
L
Q
Q
,2,2
,2
.
,2
.
σσ
µσµσ
µ
+
+
=
(6.1 )
P
Q
L
Q
P
Q
L
Q
Q
,2,2
,2,2
2
.
σσ
σσ
σ
+
=
(6.2 )
Nas equações (6.1) e (6.2)
Q
µ
é o valor esperado da resistência atualizada do solo
durante a cravação, ou seja, obtida “a posteriori”, enquanto
P
Q
µ
e
L
Q
µ
são, respectivamente,
o valor esperado da resistência prevista originalmente (“a priori”) e aquela obtida a partir dos
dados de cravação no campo (função de verossimilhança). O valor de
2
Q
σ
designa a
variância da distribuição atualizada da resistência do solo durante a cravação (“a posteriori”)
e
P
Q
,2
σ
e
L
Q
,2
σ
são, respectivamente, as variâncias da distribuição prevista originalmente,
pelos ensaios de campo, “a priori”, e a partir dos registros de cravação (pela função de
verossimilhança).
6.2. Resumo dos Resultados do Valor Esperado e Variância da Estimativa
Atualizada “a Posteriori”
As equações (6.1) e (6.2) indicadas anteriormente, obtidas a partir da aplicação do
teorema de Bayes, permitem que se combinem as duas fontes de informação obtidas nas
Tabelas do Capítulo 4 e do Capítulo 5, ou seja, a distribuição “a priori” da resistência do solo
mobilizada durante a cravação, e a distribuição da função de verossimilhança, de forma a se
obter uma previsão “a posteriori”, ou seja, atualizada, da resistência oferecida pelo solo
durante a cravação.
A Tabela 6.1 resume os resultados encontrados considerando, como estimativa “a
priori”, o modelo de cálculo de Decourt e Quaresma (1978). A Tabela 6.2 resume os
mesmos resultados, quando é utilizado, para a estimativa “a priori”, o método do US Corps
of Engineers (2005).
82
Tabela 6.1. Parâmetros da distribuição “a posteriori” da resistência do solo durante a cravação
para o Método de Decourt-Quaresma para os Setores analisados.
Setor Estaca
Valor esperado
µ
Q
(em kN)
Desvio
padrão
σ
Q
(em kN)
Coeficiente de
Variação
σ
Q
/ µ
Q
P 157 2494,79 504,45 (0,20)
P 169B 1608,36 124,91 (0,08)
P 122C 1886,23 223,56 (0,12)
P 109B 1883,31 133,39 (0,07)
M
P 190 1907,92 258,68 (0,14)
P 203A 950,74 116,62 (0,12)
P 203B 1037,55 121,01 (0,12)
G
P 215A 983,02 102,42 (0,10)
P 138 1094,32 105,92 (0,10)
F
P 184 1191,16 132,61 (0,11)
P 109D 1248,75 122,73 (0,10)
P 137B 661,20 111,58 (0,17)
P 170A 701,06 139,33 (0,20)
P 209B 1274,53 126,90 (0,10)
P 210B 1295,48 201,09 (0,16)
P 227D 877,94 128,36 (0,15)
P 242 1417,82 181,71 (0,13)
P 243C 1543,69 225,68 (0,15)
N
P C6 1284,40 153,51 (0,12)
Nota: Os dados geométricos das estacas constam na Tabela 3.5.
Comparando-se a Tabela 6.1 com as Tabelas 4.1 e 5.1 observa-se que a resistência
do solo durante a cravação obtida “a posteriori” está sempre compreendida entre os valores
obtidos “a priori” e os correspondentes à função de verossimilhança, se aproximando mais
do valor que apresente a menor variância.
Verifica-se, também, que o coeficiente de variação da distribuição “a posteriori” é
sempre menor que o das demais distribuições. Este fato é bastante compreensível, já que a
distribuição à “posteriori” inclui ambas as informações, ou seja, a estimativa “a priori” e a
função de verossimilhança, reduzindo a margem de incerteza da estimativa.
83
Tabela 6.2. Parâmetros da distribuição “a posteriori” da resistência do solo durante a cravação
para o Método do US Army Corps (2005) para os Setores analisados.
Setor Estaca
Valor esperado
µ
Q
(em kN)
Desvio
padrão σ
Q
(kN)
Coeficiente de
Variação (σ
Q
/ µ
Q
)
P 157 2609,86 527,92 (0,20)
P 169B 1604,73 130,39 (0,08)
P 122C 1881,27 270,56 (0,14)
P 109B 1896,85 134,01 (0,07)
M
P 190 2047,67 298,36 (0,15)
P 203A 848,16 88,21 (0,10)
P 203B 919,81 110,99 (0,12)
G
P 215A 916,83 90,44 (0,10)
P 138 1000,20 111,54 (0,11)
F
P 184 1255,03 128,27 (0,10)
P 109D 1142,31 128,10 (0,11)
P 137B 667,03 111,88 (0,17)
P 170A 733,00 158,41 (0,22)
P 209B 1280,61 128,99 (0,10)
P 210B 1294,59 201,91 (0,16)
P 227D 875,63 134,84 (0,15)
P 242 1394,94 182,87 (0,13)
P 243C 1562,80 237,19 (0,15)
N
P C6 1320,15 161,63 (0,12)
Nota: Os dados geométricos das estacas constam na Tabela 3.5.
Comparando-se agora as Tabelas 6.1 e 6.2 podem ser observados dois aspectos
bem relevantes:
i) Verifica-se que a atualização procedida forneceu valores muito próximos de
resistência do solo durante a cravação, com a utilização dos dois diferentes
modelos, embora se tenha observado diferenças significativas entre os
modelos de cálculo para as estimativas “a priori”, com valores superiores
para o método do
US Army Corps (2005). Este aspecto será também
analisado no item 6.4.
ii) Os coeficientes de variação da distribuição atualizada também são muito
próximos, para os dois modelos de cálculo, e sempre inferiores aos da
distribuição “a priori” e aos da distribuição de verossimilhança.
84
Esta constatação parece indicar que a influência da distribuição de verossimilhança
foi muito relevante neste caso, tendo sido capaz de reduzir bastante as incertezas
decorrentes dos dois modelos distintos de cálculo após a atualização, “a posteriori”.
6.3. Qualidade da Atualização
Guttormsen (1987), ao aplicar a teoria Bayesiana às estacas offshore, ilustra ainda a
definição de um indicador de falha, “failure indicador”, capaz de avaliar a qualidade do
resultado da atualização. Segundo aquele autor, o indicador de falha representa a diferença
entre a estimativa “a priori” e aquela obtida pela função de verossimilhança, normalizada em
relação à raiz quadrada da soma da variância da estimativa “a priori” e da obtida pela função
de verossimilhança.
O indicador de falha é definido por:
)(
,2,2 P
Q
L
Q
P
Q
L
Q
D
σσ
µµ
+
−
=
(6.3 )
Os valores de
L
Q
µ
e
P
Q
µ
correspondem, respectivamente, aos valores esperados da
resistência durante a cravação obtida pela função de verossimilhança e pela estimativa “a
priori”. Já os valores de
L
Q
σ
e
P
Q
σ
são os desvios padrão, cujos quadrados fornecem as
variâncias, respectivamente, da distribuição de verossimilhança e da distribuição “a priori”.
Guttormsen (1987) ressalta que:
(i) um valor de D igual a zero indica que a estimativa “a priori” e a obtida da função
de verossimilhança são iguais. A atualização, neste caso, somente influenciará (reduzirá) a
estimativa “a posteriori” da variância.
(ii) um pequeno valor de D (menor que ± 1,5) indica uma atualização satisfatória da
resistência oferecida durante a cravação.
(iii) um valor positivo de D indica que a estimativa “a posteriori” será superior àquela
obtida “a priori”.
(iv) um valor negativo de D indica que a estimativa “a posteriori” será inferior àquela
obtida “a priori”.
As Tabelas 6.3 e 6.4 ilustram os resultados obtidos dos indicadores de falha para as
estacas analisadas.
85
Tabela 6.3. Verificação da qualidade da atualização para os Setores analisados levando-se em
consideração o Método de Decourt e Quaresma para análise a priori.
Setor Estaca Indicador de falha (D)
P 157 0,27
P 169B -0,69
P 122C -0,44
P 109B -0,42
M
P 190 0,66
P 203A 0,27
P 203B 1,92
G
P 215A 0,01
P 138 0,16
F
P 184 -0,32
P 109D -3,29
P 137B -0,05
N
P 170A -0,01
P 209B 0,02
P 210B -0,39
P 227D -0,40
P 242 -0,14
P 243C 0,07
N
P C6 0,76
Nota: Os dados geométricos das estacas constam na Tabela 3.5.
Tabela 6.4. Verificação da qualidade da atualização para os Setores analisados levando-se em
consideração o Método do US Army Corps os Engineers para análise a priori.
Setor Estaca Indicador de falha (D)
P 157 -0,33
P 169B -1,25
P 122C -1,22
P 109B -1,34
M
P 190 -0,81
P 203A 0,77
P 203B 2,40
G
P 215A 0,52
P 138 0,78
F
P 184 -0,82
N P 109D -1,74
86
Continuação da Tabela 6.4
Setor Estaca Indicador de falha (D)
P 137B -0,32
P 170A -0,44
P 209B -0,35
P 210B -0,41
P 227D -0,88
P 242 0,29
P 243C -0,27
N
P C6 0,38
Nota: Os dados geométricos das estacas constam na Tabela 3.5.
As Tabelas 6.3 e 6.4 mostram apenas 2 indicadores de falha elevados para ambos
os modelos de cálculo da estimativa “a priori”, representando cerca de 11% do total das
análises. Este percentual de falha é bem reduzido quando comparado ao encontrado nas
análises de Guttormsen (1987), que chegou a indicadores elevados para 4 das 8 estacas
offshore por ele analisadas. Observa-se também que embora os indicadores de falha
tenham sido, em geral, inferiores para o método adaptado de Decourt e Quaresma (1978),
ambos os métodos mostram indicadores de falha fora da faixa satisfatória para as mesmas
estacas, a 203B do Setor G e a P109D do Setor N.
A razão de elevado indicador de falha, segundo reporta Guttormsen (1987), deve ser
investigada em termos do perfil de solo representativo, parâmetros utilizados no programa
GRLWEAP (2005) e incertezas no método de previsão da resistência “a priori”.
Para o caso de obra em análise, que revelou elevado indicador de falha para as
mesmas estacas em ambos os modelos, pode ter ocorrido, possivelmente, uma diferença
significativa no perfil de solo na vertical das estacas, em relação ao perfil geotécnico
escolhido como representativo da região onde as estacas se inserem, uma vez que os
parâmetros utilizados no programa GRLWEAP (2005) foram escolhidos em função do perfil
típico representativo de cada região analisada.
6.4. Comparação entre as Estimativas “A Posteriori” da Resistência durante a
Cravação pelos dois Modelos de Cálculo
Os resultados que compõem as tabelas anteriores podem ser visualizados na Figura
6.2, onde no eixo horizontal estão representados os valores esperados das estimativas “a
posteriori” da resistência durante a cravação pelo modelo de cálculo adaptado do método de
87
Decourt e Quaresma (1978) e no eixo vertical pelo modelo adaptado do Método do US
Corps of Engineers (2005).
Procurou-se estabelecer a relação entre os dois modelos através da melhor reta que
passa pela origem dos eixos, através das mesmas expressões de Bussab (1986) indicadas
no item 4.7.
O valor de b neste caso expressa a relação entre os dois modelos de cálculo, µ
Q,US
Corps
/ µ
Q,Decourt
, em relação à estimativa “a posteriori”.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Figura 6.2. Correlação, passando pela origem, entre os valores esperados “a posteriori” de
resistência oferecida pelo solo durante a cravação pelos dois modelos.
Na Figura 6.2, a reta a 45° encontra-se praticamente coincidente com a da
correlação, evidenciada pela relação de 1,01 entre os modelos, na estimativa “a posteriori”.
A Figura 6.2 também indica um coeficiente de explicação bastante alto e revela que a
atualização foi capaz de reduzir bastante, praticamente eliminando, a influência das
incertezas quanto ao modelo utilizado na previsão “a priori”.
DECOURTQENGINEERSOFCORPSQ
µµ
×= 01,1
µ
Q
US CORPS
(
kN
)
µ
Q
DECOURT
(kN)
R=0,98
88
7. Comparação entre as Resistências Atualizadas durante a
Cravação (“A Posteriori”) com os Resultados das Provas de Carga
Dinâmicas
Uma análise comparativa será realizada, para cada um dos modelos, entre os
resultados da estimativa atualizada e os das provas de carga dinâmicas. Alguns destes
resultados foram obtidos pelo método de Case e outros pelo método Capwap, conforme
indicado nas tabelas deste capítulo. Como as provas de carga foram realizadas após um
tempo de repouso e as estimativas foram procedidas ao final da cravação contínua, as
diferenças entre os valores esperados e os experimentais refletem, de certa forma, o efeito
do acréscimo de resistência que ocorreu entre o período de final de cravação e o ensaio,
além das demais incertezas. Esta recuperação de resistência se refere à resistência
mobilizada na prova de carga dinâmica, a qual depende do nível de energia imposto, o que
não necessariamente corresponde ao valor de resistência máxima disponível.
A Tabela 7.1 fornece as datas de cravação e ensaio, bem como a caracterização do
solo nas profundidades de assentamento de cada uma das estacas analisadas.
Tabela 7.1. Relação das estacas analisadas, data do final da cravação, da realização dos
ensaios, intervalo entre os dois eventos e natureza do solo na profundidade de embutimento
da ponta das estacas.
Setor Estaca
Final da
Cravação
Data do
Ensaio
Intervalo
(Dias)
Solo de Embutimento
P 157 09/07/2005 22/08/2005 44
P 169B 08/07/2005 22/08/2005 45
Areia Média e Grossa Siltosa,
medianamente compacta e
compacta (Solo Residual)
P 122C 30/08/2005 22/09/2005 23
P 109B 10/09/2005 22/09/2005 12
M
P 190 10/09/2005 22/09/2005 12
Silte Arenoso, medianamente
compacto (Solo Residual)
P 203A 11/03/2005 30/03/2005 19
P 203B 11/03/2005 30/03/2005 19
G
P 215A 10/03/2005 30/03/2005 20
Silte Argiloso Médio e Rijo
(Solo Residual)
P 138 18/03/2005 30/03/2005 12
F
P 184 29/03/2005 12/05/2005 44
Silte Argiloso Médio e Rijo
(Solo Residual)
89
Continuação da Tabela 7.1.
Setor Estaca
Final da
Cravação
Data do
Ensaio
Intervalo
(Dias)
Solo de Embutimento
P 109D 14/06/2005 22/06/2005 12
P 137B 23/03/2005 30/03/2005 7
P 170A 08/06/2005 22/06/2005 14
P 209B 02/05/2005 12/05/2005 10
P 210B 03/05/2005 13/05/2005 10
P 227D 12/08/2005 22/08/2005 10
P 242 28/04/2005 12/05/2005 14
P 243C 09/08/2005 22/08/2005 13
N
P C6 13/08/2005 22/08/2005 9
Silte Arenoso Medianamente
Compacto (Solo Residual)
As Tabelas 7.2 e 7.3 comparam, para os dois modelos estudados, os resultados
atualizados da estimativa com os valores experimentais, indicando também os valores
esperados somados e reduzidos do desvio padrão.
Tabela 7.2. Comparação da Resistência durante a Cravação Atualizada com os Resultados das
Provas de Carga Dinâmicas para os Setores analisados, tendo como base o Método de
Decourt e Quaresma para estimativa a priori.
Setor Estaca
Valor
Esperado
(SRD) (kN)
Valor Esperado
(SRD) - Desvio
(kN)
Valor Esperado
(SRD) + Desvio
(kN)
Prova de Carga
Dinâmica (kN) CASE
P 157* 2494,79 1990,34 2999,24 1306**
P 169B 1608,36 1483,45 1733,27 1600
P 122C 1886,23 1662,67 2109,79 1760
P 109B 1883,31 1749,92 2016,7 2125**
M
P 190 1907,92 1649,24 2166,6 2620
P 203A 950,74 834,12 1067,36 1928**
P 203B 1037,55 916,54 1158,56 1639**
G
P 215A 983,02 880,60 1085,44 1650
P 138 1094,32 988,40 1200,24 2346**
F
P 184 1191,16 1058,55 1323,77 1870
90
Continuação da Tabela 7.2.
Setor Estaca
Valor
Esperado
(SRD) (kN)
Valor Esperado
(SRD) - Desvio
(kN)
Valor Esperado
(SRD) + Desvio
(kN)
Prova de Carga
Dinâmica (kN)
CASE
P 109D 1248,75 1126,02 1371,48 1500**
P 137B 661,20 549,62 772,78 1550
P 170A 700,06 560,73 839,39 1990
P 209B 1274,53 1147,63 1401,43 1669**
P 210B 1295,48 1094,39 1496,57 2097**
P 227D 877,94 749,58 1006,3 1410
P 242 1417,82 1236,11 1599,53 2490
P 243C 1543,69 1318,01 1769,37 1720
N
P C6 1284,40 1130,89 1437,91 1140
(*) A estaca P157M sofreu dano durante a cravação, conforme registro no diagrama de
cravação.
(**) Valores de Capacidade de Carga relativos ao CAPWAP
Na Figura 7.1 procurou-se reproduzir os resultados da Tabela 7.2. Para cada valor
de resistência mobilizada durante a prova de carga dinâmica, no eixo das abscissas, se
indicou o valor esperado (centro da faixa vertical indicada na figura, no eixo das ordenadas,
para cada uma das estacas testadas) e o desvio, para mais e para menos. Observa-se que
a resistência atualizada do solo durante a cravação, SRD, apresenta-se conservativa, na
maioria dos casos, uma vez que contempla resultados ao final da cravação, enquanto as
provas de carga dinâmicas incorporam um acréscimo de resistência devido ao tempo de
repouso.
91
Figura 7.1. Gráfico de Comparação da Resistência durante a Cravação Atualizada com os
Resultados das Provas de Carga Dinâmicas para os Setores analisados, tendo como base
o Método de Decourt e Quaresma para estimativa a priori.
Tabela 7.3. Comparação da Resistência durante a Cravação Atualizada com os Resultados das
Provas de Carga Dinâmicas para os Setores analisados, tendo como base o Método do Us
Corps para estimativa a priori.
Setor Estaca
Valor
Esperado
(SRD) (kN)
Valor Esperado
(SRD) - Desvio
(kN)
Valor Esperado
(SRD) + Desvio
(kN)
Prova de Carga
Dinâmica
(kN)_CASE
P 157 2609,86 2081,94 3137,78 1306**
P 169 1604,73 1474,34 1735,12 1600
P 122 1881,27 1610,71 2151,83 1760
P 109 1896,85 1762,84 2030,86 2125**
M
P 190 2047,67 1749,31 2346,03 2620
P 203A 848,16 759,95 936,37 1928**
P 203B 919,81 808,82 1030,80 1639**
G
P 215A 916,83 826,39 1007,27 1650
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Valor Esperado (kN) Valor Esperado - desvio (kN) Valor Esperado + Desvio (kN)
PCD
(
kN
)
SRD (kN)
92
Continuação da Tabela 7.3.
Setor Estaca
Valor
Esperado
(SRD) (kN)
Valor Esperado
(SRD) - Desvio
(kN)
Valor Esperado
(SRD) + Desvio
(kN)
Prova de Carga
Dinâmica
(kN)_CASE
P 138 1000,2 888,66 1111,74 2346**
F
P 184 1255,03 1126,76 1383,30 1870
P 109D 1142,31 1014,21 1270,41 1500**
P 137B 667,03 555,15 778,91 1550
P 170A 733,00 574,59 891,41 1990
P 209B 1280,61 1151,62 1409,60 1669**
P 210B 1294,59 1092,68 1496,50 2097**
P 227D 875,63 740,79 1010,47 1410
P 242 1394,94 1212,07 1577,81 2490
P 243C 1562,8 1325,61 1799,99 1720
N
P C6 1320,15 1158,52 1481,78 1140
(*) A estaca P157M sofreu dano durante a cravação, conforme registro no diagrama de
cravação.
(**) Valores de Capacidade de Carga relativos ao CAPWAP.
Observa-se das Tabelas 7.2 e 7.3 que nem sempre os valores obtidos
experimentalmente se encontram na faixa dos valores esperados somados e reduzidos do
valor do desvio. Este fato deve estar ligado, principalmente, ao efeito do acréscimo de
resistência com o tempo após a cravação, além de outras incertezas. Observa-se também,
das mesmas tabelas, que para os Setores G e F, onde as estacas estão assentes em
depósito argilo siltoso, os resultados da prova de carga dinâmica são, em geral,
proporcionalmente maiores, quando comparados às estimativas atualizadas, sinalizando
para um valor mais elevado de acréscimo de resistência para o solo argiloso. Este aspecto
pode ser melhor visualizado nas Figuras 7.1 e 7.2.
93
Figura 7.2. Comparação da Resistência durante a Cravação Atualizada com os Resultados das
Provas de Carga Dinâmicas para os Setores analisados, tendo como base o Método do Us
Corps para estimativa a priori.
Nas Figuras 7.3 e 7.4 procurou-se ilustrar, em histogramas, as curvas de freqüência
da relação
DecourtQPCD
/SRD
µ
e
CorpsUSQPCD
/SRD
µ
. Estas relações representam, além de outros
efeitos e incertezas, o acréscimo de resistência ocorrido entre o final da cravação contínua e
a resistência mobilizada por ocasião da prova de carga dinâmica.
Como esperado, o comportamento entre as Figuras 7.3 e 7.4 é bastante similar,
indicando uma maior freqüência de ocorrência de faixas reduzidas de acréscimo de
resistência, uma vez que um maior número de estacas encontra-se com ponta em solo
arenoso.
Em termos médios, o acréscimo de resistência foi da ordem de 1,5, tanto para a
Figura 7.3, Decourt e Quaresma (1978) adaptado, como para a Figura 7.4, US Corps of
Engineers (2005), considerando a totalidade das provas de carga.
Cabe destacar que apenas a estaca P157 do Setor M não foi incluída nas Figuras
7.3 e 7.4, uma vez que ela foi danificada por ocasião da prova de carga, não sendo
representativa do total das estacas analisadas.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Valor Esperado (kN) Valor Esperado - desvio (kN) Valor Esperado + Desvio (kN)
SRD (kN)
PCD
(
kN
)
94
44.4
33.3
16.7
5.6
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
50.0
1,0 a 1,5 1,5 a 2 2 a 2,5 2,5 a 3
Figura 7.3. Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização procedida pelo
método de Decourt-Quaresma (1978).
50.0
27.8
16.7
5.6
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
1,0 a 1,5 1,5 a 2 2 a 2,5 2,5 a 3
Figura 7.4. Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização procedida pelo
método do US Corps of Engineers.
As Figuras 7.5 e 7.6 foram construídas a partir dos resultados da Figura 7.3. Porém,
na Figura 7.5 encontram-se apenas os resultados das estacas com ponta em solo de
natureza arenosa, num total de 13 estacas, e na Figura 7.6 encontram-se resultados das
estacas com ponta em solo de natureza argilosa.
A
créscimo de Resistência
Freqüência
A
créscimo de Resistência
Freqüência
95
61.5
23.1
7.7 7.7
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
1,0 a 1,5 1,5 a 2 2 a 2,5 2,5 a 3
Figura 7.5. Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização pelo método de
Decourt-Quaresma (1978). Estacas com ponta em solo residual arenoso.
0
60
40
0
0
10
20
30
40
50
60
70
1,0 a 1,5 1,5 a 2,0 2,0 a 2,5 2,5 a 3,0
Figura 7.6. Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização pelo método
Decourt-Quaresma (1978). Estacas com ponta em solo residual argiloso.
Observa-se que, no caso de estaca com ponta em solo residual arenoso, houve uma
maior freqüência (maior número de estacas) com menor faixa de acréscimo de resistência,
enquanto no caso de estacas com ponta em solo de natureza argilosa a faixa de ganho foi
A
créscimo de Resistência
Freqüência
Acréscimo de Resistência
Freqüência
44 dias
20 dias
19 dias
20 dias
12 dias
96
em geral maior. Em termos médios houve cerca de 40% de diferença no primeiro caso e
80% no segundo caso, com ponta em solo argiloso.
Cabe lembrar também que, ao longo do fuste, há ocorrência de camadas de solo
preponderantemente argilosas, que também têm um papel importante no valor do acréscimo
de resistência como um todo, principalmente nas estacas mais longas, com maior
porcentagem de atrito.
As figuras 7.7 e 7.8 foram construídas a partir dos resultados da Figura 7.4.
Enquanto na Figura 7.7 estão apresentados apenas os resultados das estacas com ponta
em solo de natureza arenosa, para o total de 13 estacas, na Figura 7.8 encontram-se os
demais resultados, correspondentes às estacas com ponta em solo de natureza argilosa.
Tais figuras correspondem à comparação dos resultados das provas de carga dinâmicas
com a atualização pelo método do US Corps of Engineers (2005).
61.5
23.1
7.7 7.7
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
1,0 a 1,5 1,5 a 2 2 a 2,5 2,5 a 3
Figura 7.7 Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização pelo método do
US Corps of Engineers (2005). Estacas com ponta em solo residual arenoso.
Observa-se também que, apesar das Figuras 7.3 e 7.4 apresentarem pequenas
diferenças, os resultados quando separados por tipo de solo na ponta, Figuras 7.5 e 7.6 e
Figura 7.7 e 7.8 indicaram exatamente os mesmos resultados para ambos os modelos,
Decourt e Quaresma (1978) e US Corps of Engineers (2005).
Freqüência
Acréscimo de Resistência
97
0
60
40
0
0
10
20
30
40
50
60
70
1,0 a 1,5 1,5 a 2,0 2,0 a 2,5 2,5 a 3,0
Figura 7.8. Histograma do acréscimo de resistência em relação à atualização pelo método do
US Corps of Engineers (2005). Estacas com ponta em solo residual argiloso.
Nas Figuras 7.6 e 7.8 procurou-se indicar, nos histogramas, o tempo de repouso
entre o final da cravação e o resultado das provas de carga dinâmica. Não se pode observar
um maior acréscimo de resistência para um maior tempo de repouso pelos dados
apresentados.
Reportando-se a Vrouwenvelder (1992), este é um campo interessante para
pesquisas, que demanda maior atenção no futuro. A presente pesquisa objetivou contribuir
com uma primeira aplicação desta metodologia à análise de estacas em terra (“onshore”).
Freqüência
Acréscimo de Resistência
44 dias
20 dias
19 dias
20 dias
12 dias
98
8. Conclusões e Sugestões para Pesquisas Futuras
8.1. Conclusões
Quanto à estimativa “a priori”
i) De modo geral, quanto maior a influência da ponta na capacidade de carga total
da estaca, maior o coeficiente de variação. Tal constatação sinaliza para o fato
de que quanto maior a influência da ponta, maior a incerteza quanto à
capacidade de carga, pelo menos para as estacas pré-moldadas analisadas e o
tipo de perfil característico do caso de obra em estudo, em que as estacas
atravessam um pacote de solo sedimentar, de espessura bastante variável, e se
encontram embutidas em solo residual.
ii) A parcela da carga resistida pela ponta apresentou uma variabilidade muito
superior à parcela de carga resistida por atrito, representada pelos coeficientes
de variação. Os maiores coeficientes de variação da carga de ponta estão, em
geral, associados ao maior percentual de carga resistida pela ponta em relação à
resistência global.
iii) As conclusões i) e ii) acima foram as mesmas para ambos os modelos de cálculo
adaptados nesta dissertação, Decourt e Quaresma (1978) e US Corps of
Engineers (2005). Porém, enquanto o coeficiente de variação do atrito lateral
previsto é relativamente baixo, ainda menor no segundo modelo de cálculo do
que no primeiro, no segundo modelo o coeficiente de variação da ponta foi
excessivamente alto. Este fato foi atribuído à elevada sensibilidade dos fatores
de capacidade de carga aos valores de
φ
′
, além do fato dos parâmetros de
resistência ao cisalhamento dos solos não terem sido obtidos diretamente, mas
sim através de correlações. Estes dois efeitos combinados resultaram numa
variabilidade excessiva da resistência de ponta no método do US Army Corps of
Engineers. Já no caso do atrito lateral, as incertezas na estimativa são bem
menores.
iv) Apesar dos dois modelos de cálculo apresentarem diferenças entre os valores
esperados da resistência do solo durante a cravação, as distribuições de
resistência percentuais na ponta e atrito, foram aproximadamente equivalentes.
99
v) Para a maior parte das estacas, o método adaptado do US Corp of Engineers
(2005) forneceu estimativas “a priori” mais elevadas, cerca de 31 % superiores,
em média, às estimativas pelo método adaptado de Decourt (1978).
Quanto à função de verossimilhança
i) Os coeficientes de variação obtidos da função de verossimilhança foram, em
média, muito inferiores dos valores obtidos das estimativas “a priori”. Este
aspecto pode ser atribuído ao fato da função de verossimilhança ter sido obtida
com base nos registros de cravação de cada estaca, no local de sua execução.
Embora estejam ainda presentes as incertezas quanto à eficiência do martelo,
bem como dos demais parâmetros do solo utilizados na retro-análise, não são
consideradas, na distribuição da função de verossimilhança, as variações
espaciais do perfil do subsolo, originárias da grande variabilidade existente no
perfil de solo residual.
Quanto à estimativa “a posteriori”
i) Conforme esperado, e em conformidade com as expressões propostas por
Lacasse et al (1989,1991), a resistência do solo durante a cravação obtida “a
posteriori” esteve sempre compreendida entre os valores obtidos “a priori” e os
correspondentes à função de verossimilhança, se aproximando mais do valor que
apresentou a menor variância.
ii) O coeficiente de variação da distribuição “a posteriori” foi sempre menor que o
das demais distribuições, fato este também bastante compreensível, já que a
distribuição à “posteriori” inclui ambas as informações: a estimativa “a priori” e a
função de verossimilhança, reduzindo a margem de incerteza da estimativa.
iii) A atualização procedida forneceu valores muito próximos de resistência do solo
durante a cravação, com a utilização dos dois diferentes modelos de cálculo,
embora se tenha observado diferenças significativas entre os modelos nas
estimativas “a priori”.
iv) Os coeficientes de variação da distribuição atualizada também são muito
próximos, para os dois modelos de cálculo, e sempre inferiores aos da
distribuição “a priori” e aos da distribuição de verossimilhança.
v) As conclusões iii) e iv) revelam que a influência da distribuição de
verossimilhança foi muito relevante na atualização da estimativa deste caso de
obra, tendo sido capaz de reduzir bastante, praticamente anulando as incertezas
decorrentes dos dois modelos distintos de cálculo após a atualização.
100
Quanto aos indicadores de falha
i) Os indicadores de falha reduzidos, encontrados nesta pesquisa, sinalizam para o
caráter satisfatório das adaptações introduzidas nos modelos para representar a
resistência oferecida pelo solo durante a cravação.
ii) Apenas 2 indicadores de falha podem ser considerados elevados para ambos os
modelos de cálculo da estimativa “a priori”, representando cerca de 11% do total
das estacas analisadas. Este percentual de falha é bem reduzido quando
comparado às análises de Gutormsen (1987), que encontrou indicadores
elevados para 4 das 8 estacas offshore analisadas.Ambos os modelos de cálculo
revelaram indicadores de falha fora da faixa satisfatória para as mesmas duas
estacas. O elevado indicador de falha para as mesmas estacas em ambos os
modelos pode ser atribuído, possivelmente, a diferenças significativas no perfil de
solo na vertical das estacas, em relação ao perfil geotécnico escolhido como
representativo da região onde se encontram as estacas.
Quanto à comparação entre a estimativa “a posteriori” e os resultados das provas de
carga
i) Os valores obtidos experimentalmente para a resistência mobilizada do solo
durante as provas de carga dinâmicas foram em geral superiores aos valores
esperados da estimativa atualizada da resistência durante a cravação. Este fato
deve estar ligado, principalmente, ao efeito do acréscimo de resistência com o
tempo, além de outras incertezas.
ii) Para os Setores G e F, onde as estacas estão assentes em depósito argilo
siltoso, os resultados da prova de carga dinâmica são, em geral,
proporcionalmente maiores, quando comparados às estimativas atualizadas,
sinalizando para um valor mais elevado de acréscimo de resistência.
iii) Considerando que a diferença média entre os resultados de resistência
mobilizados das provas de carga dinâmicas e as estimativas atualizadas da
resistência durante a cravação possa ser atribuída principalmente pelo efeito de
acréscimo de resistência, um valor de recuperação médio de 50% foi observado
em termos globais, independentemente no modelo de cálculo utilizado na
estimativa “a priori”.
iv) Separando-se os casos das estacas com ponta em horizontes argilosos e
arenosos, os resultados indicam uma diferença de resistência de cerca de 80%
para os primeiros e 40% para os últimos.
101
8.2. Sugestões para Pesquisas Futuras
i) Estabelecimento de diferentes funções de verossimilhança para a atualização,
como, por exemplo, a aplicação de diferentes fórmulas dinâmicas de cravação ou
através das medições do repique.
ii) Verificar a possibilidade de se adotar distribuições probabilísticas diferentes da
normal.
iii) Análise de banco de dados distintos, de obras diversas, considerando diferentes
tipos de estacas e contemplando horizontes de solo sedimentares e residuais.
iv) Com base no estabelecimento de diferentes coeficientes de variação das
resistências de ponta e lateral, obtidos em diferentes tipos de estacas, estudar a
possibilidade de se propor coeficientes de segurança parciais diferentes,
menores para as cargas transmitidas por atrito e maiores para cargas
transmitidas pela ponta, para os diferentes tipos de estacas.
v) Verificar se o intervalo do indicador de falha satisfatório (
± 1,5) para estacas
“offshore” também é válido para estacas “onshore”.
vi) Através da criação de banco de dados, a partir de análises similares ao
procedimento ora empregado, verificar se a redução de incertezas pode justificar
a redução no fator de segurança de obras que contemplem um melhor controle
de execução.
vii) Ao se analisar e comparar diferentes funções de verossimilhança, estudar o
desenvolvimento de sistemas mais adequados de controle de execução, capaz
de otimizar futuros projetos de fundações.
102
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107
Anexo A - Setores Analisados, Dados das Sondagens e Diagramas
de Cravação das Estacas Analisadas
Figura A.1. Nuvem de NSPT para o Setor N.
ARGILA ORGÂNICA
MOLE
ARGILA ARENOSA, COM
MUITOS PEDREGULHOS
DE QUARTZO, DURA,
CINZA CLARO.
AREIA MÉDIA E GROSSA
SILTE ARGILOSO, MÉDIO
E RIJO, BRANCO, CINZA
CLARO E AMARELO.
(SOLO RESIDUAL)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
0 102030405060
N
SPT
Pr
o
f
(
m
)
108
Figura A.2. Diagrama de Cravação das Estacas do Setor N.
N. Golpes / penetração (1m)
Prof
(
m
)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 40
0
Nest - P227 Nest-P109 Nes t-PC6 Nes t -P 242
Nest-P243 Nest-P170A Nest-P210
109
Figura A.3. Nuvem de NSPT para o Setor M.
Prof
(
m
)
AREIA MÉDIA E GROSSA,
SILTOSA, COM
PEDREGULHOS,
MEDIANAMENTE
COMPACTA E COMPACTA,
AMARELA. SOLO
RESIDUAL
ARGILA SILTOSA,
ORGÂNICA, MUITO MOLE,
CINZA ESCURO
ARGILA SILTOSA, MOLE A
M
É
DIA, CINZA E AMARELA
ESCURO.
SILTE ARGILOSO, MÉDIO
A RIJO, CINZA CLARO E
AMARELO.
SILTE ARGILOSO, MOLE,
AMARELO.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
0 102030405060
N
SPT
110
Figura A.4. Diagrama de Cravação das Estacas do Setor M.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 30
0
Nest - P109 Nes t -P157 Nest-P169B
Prof
(
m
)
N. Golpes / penetração (1m)
111
Figura A.5. Nuvem de NSPT para o Setor G.
N
SPT
ARGILA ORGÂNICA
MUITO MOLE
AREIA M
É
DIA E GROSSA,
ARGILOSA, FOFA A
POUCO COMPACTA
ARGILA ARENOSA, COM
PEDRGULHOS, RIJA A
DURA, CINZA CLARO.
SILTE ARGILOSO, M
É
DIO
E RIJO, BRANCO, CINZA
CLARO E AMARELO.
(SOLO RESIDUAL)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
0 102030405060
Prof
(
m
)
112
Figura A.6. Diagrama de Cravação das Estacas do Setor G.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
Nest - P203A Nest-P203B Nest-P215A
N. Golpes / penetração (1m)
Prof
(
m
)
113
Figura A.7. Nuvem de NSPT para o Setor F.
ARGILA ORGÂNICA MUITO
MOLE
AREIA MÉDIA E GROSSA,
ARGILOSA, FOFA A POUCO
COMPACTA
ARGILA ARENOSA, COM
PEDRGULHOS, RIJA A
DURA, CINZA CLARO.
SILTE ARGILOSO, MÉDIO E
RIJO, BRANCO, CINZA
CLARO E AMARELO. (SOLO
RESIDUAL)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
0 102030405060
N
SPT
Prof
(
m
)
114
Figura A.8. Diagrama de Cravação das Estacas do Setor F.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300
Nest - P138 Nest-P184
N. Golpes / penetração (1m)
Prof
(
m
)
115
Anexo B - Determinação do Valor Esperado e Variância para o
Método de Decourt e Quaresma (1978)
B.1. Atrito Lateral
O atrito lateral nas diversas camadas é calculado segundo as expressões abaixo. Os
valores esperados das variáveis
i
x são designados como
xi
µ
e suas variâncias como
2
xi
σ .
Se
s
f é a função y , o valor esperado de y é igual a
()
[]
(
)
xfxfEyy ≅== .
O atrito lateral unitário é dado por:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+= 10
30,0
SPT
s
N
f
(B.1 )
em kN/m
2
onde a variável aleatória
SPT
Nx = , é o valor esperado do N
SPT
.
Considerando a aplicação para cada camada de 1m,
SPT
Nx = e
()
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+=
10
3,0
x
xf
s
(B.2 )
()
[]
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+==µ 10
3,0
x
xfE
sfs
(B.3 )
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+×××π=µ 10
3,0
x
lD
Ql
(B.4 )
Então, tem-se:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+×××=
10
3,0
1
SPT
Ql
N
D
πµ
(B.5 )
116
sendo
Ql
µ o valor esperado da resistência de atrito a cada metro de profundidade em
função do valor esperado do
SPT
N para a profundidade correspondente. O valor esperado
do
SPT
N pode ser o valor médio, entre as n sondagens representativas, ou o valor ajustado,
para a profundidade de cálculo, para a camada considerada.
No caso da estaca atravessar camadas de argila, a expressão B.2 deve ser
multiplicada pelo fator corretivo para considerar a resistência amolgada, conforme descrito
no item 4.1.
No caso de atravessar camadas de areia, com atrito unitário superior ao valor limite,
o valor de
Ql
µ deve ser calculado como:
itelim
lD
Ql τ
µ
×
×
×
π
=
µ
(B.6 )
Com
kPa120
itelim
=
τ
µ
.
A variância é dada por:
[]
()
[
]
(
)
[
]
[
]
xVxfxfVyV
2
×
′
≅=
(B.7 )
Aplicando a expressão acima, obtida no item 4.3, ao atrito lateral por Decourt e
Quaresma (1978), a cada intervalo de 1m, vem:
[]
()
[] []
SPT
2
SPTss
NV
3,0
1
NfVfV ×
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
==
(B.8 )
e
[]
l
2
Ql
QV=σ (para cada metro)=
[] []
SPT
2
2
NV
3,0
1
1D ×
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
×××π
(B.9 )
117
A variância do
SPT
N corresponde ao quadrado do desvio padrão a uma dada
profundidade, entre as n sondagens representativas, ou o cálculo da variância pode ser
procedido por regressão linear em função da profundidade tomando-se a variância da
resistência média do N
SPT
em função da profundidade, para camada do perfil atravessada
durante a cravação da estaca.
No caso da estaca atravessar camadas de argila, sendo
()
cor10
3,0
x
xf ×
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
+= ,
sendo
co
r
o fator corretivo, a variância deverá ser multiplicado por
2
cor .
No caso da estaca atravessar camadas de areia, com atrito unitário superior ao valor
limite, o valor da variância será dado por:
[
]
2
2
2
Ql
itelim
1D
τ
σ×××π=σ
( B.10 )
Pode-se considerar, por exemplo, uma variância para o atrito unitário limite
correspondente a um coeficiente de variação de 10%.
B.2. Resistência de Ponta
Se
p
q é a função
()
xfy =
, então o valor esperado de y é
()
[]
(
)
xfxfE = .
O valor esperado da resistência de ponta é:
[
]
SPT
NEC10
q
p
×
×
=
µ
( B.11 )
[]
SPT
2
Q
NEC10
4
D
p
××××π=µ
( B.12 )
[
]
[
]
SPT
2
2
q
NVC10
p
××=σ
( B.13 )
[][]
SPTQ
NVC
D
p
×××
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
×
=
2
2
2
2
10
4
π
σ
( B.14 )
118
O valor de C do método Decourt e Quaresma depende do tipo de solo, de acordo
com a Tabela abaixo.
Tabela B.1. Valores de Decourt e Quaresma, (1978).
Tipo de Solo C (tf/m
2
)
Argilas 12
Siltes Argilosos (alteração de rocha) 20
Siltes Arenosos (alteração de rocha) 25
Areias 40
O valor esperado do
SPT
N corresponde ao valor médio, entre as n sondagens
representativas, ou o valor ajustado, para a profundidade de cálculo, para a camada
considerada.
No caso da ponta, cabe acessar os valores de
SPT
N correspondentes à profundidade
anterior, à profundidade da ponta e à profundidade posterior de todas as sondagens
representativas.
No caso da ponta, Toolan e Fox (1977) não apresentam limite para a resistência de
ponta unitária, tendo sido considerado o valor limite de Stevens et al (1982), de 9,8 MPa,
correspondente aos solos arenosos.
Em termos globais, para o valor esperado e a variância da resistência total do solo
durante a cravação, admitindo-se independência estatística entre Q
L
e Q
P
tem-se:
p
acumulado
Lrupt
QQQ
µ
+
µ
=
µ
( B.15 )
p
QQLQ
acumuladorupt
222
σσσ
+=
( B.16 )
119
ANEXO C - Determinação do Valor Esperado e Variância para o
Método do Corpo de Engenheiros do Exército Americano
C.1.1. Atrito Lateral
C.1.1.1. Estacas em solos não coesivos
(
)
δ
σ
δ
σ
,,tan
vvs
kfkf
′
=
×
′
×
=
(C.1 )
()
⇒= z,y,xfy
(
)
[
]
(
)
z,y,xfz,y,xfE =
(C.2 )
A resistência unitária por atrito lateral esperada na camada é calculada como:
i
kifsi
vi
δσ
µ
µ
µ
µ
tan
×
×
=
′
(C.4 )
A resistência lateral é:
ikiSiLi
tanAQ
vi
µ
δ
×
µ
×
µ
×
=
σ
′
(C.5 )
A variância no caso de produtos e quocientes de variáveis não correlacionadas pode
ser obtida a partir do coeficiente de variação
Ω
. Seja, por exemplo, a função t (Pacheco,
2007):
d
cb
z
yxa
t
××
=
(C.6 )
Onde a, b, c, d são constantes.
2
z
22
y
22
x
22
t
dcb Ω×+Ω×+Ω×=Ω
(C.7 )
Se
zyx
t
×
×=⇒
2
z
2
y
2
x
2
t
Ω+Ω+Ω=Ω
120
2
z
2
z
2
y
2
y
2
x
2
x
2
t
2
t
µ
σ
+
µ
σ
+
µ
σ
=
µ
σ
(C.8 )
2
z
2
y
2
x
2
y
2
x
2
z
2
z
2
x
2
y
2
z
2
y
2
x
µ×µ×µ
µ×µ×σ+µ×µ×σ+µ×µ×σ
=
(C.9 )
Como
zyxt
µ
×
µ
×
µ
=
µ
( C.10 )
temos:
2
y
2
x
2
z
2
z
2
x
2
y
2
z
2
y
2
x
2
t
µ×µ×σ+µ×µ×σ+µ×µ×σ=σ
( C.11 )
Aplicando à função C.11, dada pela equação C.12, vem:
SiSiLi
fAQ
×
=
( C.12 )
vem:
()
()
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
σ×
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
µ
µ×µ
+σ×µ×µ+σ×µ×µ×=σ
δ
δ
σ
′
σ
′
δδσ
′
2
ki
2
2
ki
2
ki
2
2
Si
2
Q
i
i
vi
vi
iiviLi
cos
tantanA
( C.13 )
Casos com limitação do atrito lateral,
lim
τ
.
ilim,i,SLi
AQ
τ
×
=
( C.14 )
ilim,Li
i,SQ
A
τ
µ
×
=
µ
( C.15 )
22
i,S
2
Q
ilim,
i,l
A
τ
σ×=σ
( C.16 )
121
C.1.1.2. Estacas em solos coesivos
[
]
iSuiiSiQl
A
,,,
µ
µ
µ
α
×
×
=
( C.17 )
()
[
]
22
,
2
,
22
,
2
11
iiSuiSuiiSQli
ACver
αα
σµσµσ
×+××=
( C.18 )
Utilizar a resistência amolgada, prevendo as condições durante a cravação.
C.1.2. Resistência de Ponta
C.1.2.1. Solos Arenosos
i,VP
NqiPQ
A
σ
′
µ
×
µ
×
=
µ
( C.19 )
[
]
2
i,Nq
22
Nqi
2
P
2
Q
2
Vi
i,VP
A σ×µ+σ×µ×=σ
σ
′
σ
′
( C.20 )
Casos com limitação de resistência de ponta
limQPQ
A
P
µ
×
=
µ
( C.21 )
2
limQ
2
P
2
Q
A
P
σ×=σ
( C.22 )
C.1.2.2. Solos argilosos
i,Sui,NcPQ
A
P
µ
×
µ
×
=
µ
( C.23 )
[
]
2
Nci
2
i,Su
2
i,Su
2
i,Nc
2
P
2
Q
A
P
σ×µ+σ×µ×=σ
( C.24 )
122
Anexo D - Método de Decourt e Quaresma (1978)
Decourt e Quaresma (1978) apresentam um processo expedito para determinação
da carga de ruptura de estacas, com base apenas (e diretamente) nos resultados fornecidos
por sondagens à percussão. Os autores ressaltam que o objetivo do método elaborado não
visa a obtenção de valores exatos, mas sim de estimativas bastante aproximadas, seguras
e, principalmente de fácil determinação.
Decourt e Quaresma (1978) sugerem os seguintes valores de resistência lateral
(Tabela D.1), sem distinção quanto ao tipo de solo:
Tabela D.1. Valores de adesão sugeridos por Decourt e Quaresma (1978).
SPT (valor médio ao
longo do fuste)
Adesão (tf/m
2
)
3 2
6 3
9 4
12 5
≥ 15 6
Para a estimativa da resistência de ponta (em tf/m
2
), os autores propõem a utilização
da seguinte expressão:
NCq
p
×
=
(D.1 )
onde c é um coeficiente obtido da Tabela B.1 do Anexo B, função do tipo de solo.
A capacidade de carga seria então, obtida, pela equação D.2:
PSU
QQQ
+
=
(D.2 )
SS
qLPQ
×
×
=
(D.3 )
PPP
qAQ
×
=
(D.4 )
123
onde:
Q
U
– é a carga de ruptura da estaca.
Q
S
– é a parcela da carga de ruptura resultante do atrito ao longo do fuste.
Q
P
– é a parcela da carga de ruptura resultante da ponta da estaca.
P – é o perímetro da estaca.
L – é o comprimento da estaca.
q
S
– é a adesão ao longo do fuste.
A
P
– é a área da ponta da estaca.
q
P
- é a resistência de ponta da estaca.
Decourt e Quaresma (1978) chegaram a uma boa concordância entre os valores de
capacidade de carga medidos e os valores calculados após comparação com os resultados
de provas de carga. Embora as estacas analisadas tenham sido todas do tipo pré-moldadas,
os autores admitem, em primeira aproximação, que o mesmo processo de cálculo seja
válido para estacas tipo Franki, estacas escavadas e estacas tipo Strauss.
Para valor do N
SPT
a ser empregado para o cálculo da resistência de ponta, os
autores recomendam a obtenção do valor médio entre os três valores correspondentes à
ponta da estaca, o imediatamente anterior e o imediatamente posterior.
Para valores do SPT a serem empregados para o cálculo da resistência média por
atrito lateral, os autores recomendam se considerar os valores obtidos ao longo do fuste,
com exceção daqueles já considerados para a determinação da resistência de ponta.
Os autores ressaltam ser o método conservativo, uma vez as cargas previstas serem
inferiores às cargas medidas com base nas provas de carga. Recomendam cautela, no
entanto, na aplicação a casos de solos de natureza diferente dos analisados, principalmente
no caso de siltes, uma vez terem sido examinados apenas os solos siltosos provenientes de
alteração de rocha (solos residuais).
124
Em trabalho mais recente, Decourt (1982) faz algumas modificações em relação ao
trabalho original:
1) Distingue sua formulação para as estacas escavadas das estacas tradicionais (pré-
moldadas, Franki, etc.), após a crescente utilização de estacas escavadas para
atender às cargas cada vez mais elevadas.
2) Majora o valor limite de N=15 – antes considerado para a determinação da adesão
ao longo do fuste – para N=50, tendo em vista a necessidade de adequar a
metodologia de projeto ao avanço crescente alcançado nos equipamentos de
cravação e nas ferramentas de escavação, que hoje conseguem transpor obstáculos
antes não ultrapassáveis.
3) O valor de adesão (q
S
) recomendado é de
1
3
+=
N
q
S
, em tf/m
2
(D.5 )
sendo
N é o valor médio de N ao longo do fuste, calculado conforme descrito
anteriormente.
Para
3≤N
- adotar N=3 – mantido o limite anterior
Para
50≥N - adotar N=50 – modificado o limite anterior de N=15, exceção feita às
estacas Strauss e tubulões a céu aberto, em que este valor é mantido.
É importante observar que a expressão (D.5) não modifica os valores da Tabela D.1,
mas apenas os exprimem em forma de equação.
4) Para o caso de estacas escavadas de grandes dimensões, o autor apresenta um
método de determinação da carga admissível, considerando separadamente os
casos em que os recalques devem ser limitados daqueles em que maiores recalques
podem ser permitidos.
5) Sugere, também, a utilização de fatores de segurança parciais que levam em conta,
isoladamente, as variações das propriedades do solo, confiabilidade de formulação
adotada, a presença de deformações excessivas e a segurança em relação aos
carregamentos, ao invés do fator de segurança global igual a 2 em relação à ruptura.
125
Embora a formulação apresentada por Decourt para estacas escavadas se restrinja, por
enquanto, à determinação da carga admissível, nesta formulação é determinada a parcela
de carga de ruptura correspondente ao atrito lateral (com as mesmas expressões e critérios
empregados para outros tipos de estacas). Para a determinação da parcela de carga de
ruptura correspondente à ponta da estaca, o autor utiliza os valores de C, da Tabela D.2.
Tabela D.2. Valores de C utilizados por Decourt para estacas escavadas.
Tipo de solo C (tf/m
2
)
Argila 10
Siltes argilosos (solos residuais) 12
Siltes arenosos (solos residuais) 14
Areias 20
126
ANEXO E - Resultados das Análises para a Estaca P169 do Setor M
para o Método de Decourt e Quaresma
Este Anexo destina-se a apresentar uma Planilha típica elabora em Excel para o
Método de Decourt e Quaresma para o caso a estaca P169 do setor M. Esta planilha
contempla os resultados da análise da estaca na situação embuchada.
PROF. C*10
Valor esperado
para N
SPT
-
µ
(N
SPT
)
Área Ponta da
Estaca (
φ
33)
- Resistência de
Ponta Total
A
P
- (Área Ponta - (
φ
33))^2
Variância
σ
NSPT
−
V(Nspt) - Média
(C*10)^2
Variância da
Resistência de
Ponta -
Σ
QP- Média
µ
QR
σ
QR(MÉDIA)
25,70 400,0 21,76 0,086 744,519 0,007 97,854 160000,0 114534,1 1788,4 149348,4
CLASSIFICAÇÃO DO
MATERIAL
PROF. NSPT MÉDIO
Valor Esperado
Nspt -
µ
NSPT
=Nspt
médio
Variância
Obtida - Nspt -
V[y
médio
]
Desvio Padrão
-
σ
[y]
µ
QL
−
Valor
Esperado de
Q
L
Valor Acumulado
do Valor Esperado
-
µ
ACUMUL
Variância-
Decourt-Média -
Atrito Externo
Variância
Acumulada -
Média -
σ
ACUMIL
1 0,57 0,57 0,82 0,90 3,09 3,09 0,61 0,61
2 0,00 0,00 0,00 0,00 2,59 5,68 0,00 0,61
3 0,00 0,00 0,00 0,00 2,59 8,27 0,00 0,61
4 0,00 0,00 0,00 0,00 2,59 10,86 0,00 0,61
5 0,00 0,00 0,00 0,00 2,59 13,45 0,00 0,61
6 0,00 0,00 0,00 0,00 2,59 16,04 0,00 0,61
7 0,00 0,00 0,00 0,00 2,59 18,64 0,00 0,61
8 1,57 1,57 5,39 2,32 3,95 22,59 4,02 4,63
9 4,43 4,43 1,96 1,40 25,67 48,26 23,40 28,03
10 6,00 6,00 2,29 1,51 31,10 79,36 27,30 55,32
11 7,00 7,00 4,29 2,07 34,56 113,92 51,18 106,51
12 8,00 8,00 6,29 2,51 38,01 151,93 75,07 181,57
13 7,86 7,86 8,41 2,90 37,52 189,45 100,41 281,98
14 18,43 18,43 291,96 17,09 74,05 263,50 3486,66 3768,64
15 22,67 22,67 384,89 19,62 88,70 352,20 4596,45 8365,09
16 8,00 8,00 23,60 4,86 38,01 390,21 281,84 8646,93
17 5,20 5,20 10,56 3,25 28,34 418,55 126,11 8773,04
18 6,60 6,60 22,64 4,76 33,18 451,72 270,37 9043,41
19,3 17,20 17,20 286,96 16,94 69,81 521,53 7867,21 16910,62
20 17,50 17,50 206,75 14,38 70,84 592,37 2469,07 19379,69
21 21,50 21,50 304,25 17,44 84,67 677,04 3633,44 23013,12
22 23,75 23,75 339,19 18,42 92,44 769,48 4050,67 27063,80
23 32,25 32,25 321,19 17,92 121,82 891,30 3835,71 30899,51
24 24,67 24,67 321,56 17,93 95,61 986,91 3840,11 34739,61
25 13,50 13,50 6,25 2,50 57,02 1043,93 74,64 34814,25
25,7 39,29 39,29 287,06 16,94 71,60 1115,53 1679,80 36494,05
26 12,50 12,50 0,25 0,50 37,49 1153,02 1,46 36495,51
ESTACA EMBUCHADA
AREIA MÉDIA E
GROSSA, SILTOSA,
COM PEDREGULHOS,
MEDIANAMENTE
COMPACTA E
COMPACTA,
AMARELA. SOLO
RESIDUAL
ARGILA SILTOSA,
ORGÂNICA, MUITO
MOLE, CINZA
ESCURO
AREIA SILTOSA,
MÉDIA
SILTE ARENOSO,
MOLE A MÉDIO
127
ANEXO F - Resultados das Análises para a Estaca P169 do Setor M
para o Método do US Army Corps of Engineers (2005)
Este Anexo destina-se a apresentar uma Planilha típica elabora em Excel para o
Método do US Army Corps of Engineers (2005) para o caso da estaca P169 do setor M.
Esta planilha contempla os resultados da análise da estaca na situação embuchada.
N
SPTmédio
N
SPTmédio
Variância N
SPT
Variância
N
SPT_AMERICANO
N
SPTmédio
-Desvio N
SPTmédio
+Desvio
1 1,625 2,19375 0,82 1,49 - -
2 0,25 0,3375 0,00 0,00 - -
3 0,75 1,0125 0,00 0,00 - -
4 0,875 1,18125 0,00 0,00 - -
5 1,25 1,6875 0,00 0,00 - -
6 0,75 1,0125 0,00 0,00 - -
7 1,875 2,53125 0,00 0,00 - -
8 5,38 7,25625 5,39 9,82 - -
9 6,25 8,44 1,96 3,57 6,55 10,33
10 17,00 22,95 2,29 4,17 20,91 24,99
11 25,13 33,92 4,29 7,81 31,12 36,71
12 8,71 11,76 6,29 11,46 8,38 15,15
13 7,43 10,03 8,41 15,32 6,11 13,94
14 7,57 10,22 291,96 532,10 0,10 33,29
15 7,57 10,22 384,89 701,46 0,10 36,71
16 5,83 7,88 23,60 43,01 1,32 14,43
17 8,00 10,80 10,56 19,25 6,41 15,19
18 10,17 13,73 22,64 41,26 7,30 20,15
19 12,33 16,65 286,96 522,98 0,10 39,52
20 16,33 22,05 206,75 376,80 2,64 41,46
21 17,33 23,40 304,25 554,50 0,10 46,95
22 22,83 30,83 339,19 618,17 5,96 55,69
23 21,50 29,03 321,19 585,36 4,83 53,22
24 16,67 22,50 321,56 586,04 0,10 46,71
25 12,50 16,88 6,25 11,39 13,50 20,25
25,7 11,67 15,75 287,06 523,17 0,10 38,62
27 11,80 15,93 0,25 0,46 15,26 16,61
AREIA MÉDIA E
GROSSA, SILTOSA,
COM PEDREGULHOS,
MEDIANAMENTE
COMPACTA E
COMPACTA, AMARELA.
SOLO RESIDUAL
SILTE ARENOSO,
MDTE. COMPACTO
CLASSIFICAÇÃO DO
MATERIAL
PROF.
ARGILA SILTOSA,
ORGÂNICA, MUITO
MOLE, CINZA ESCURO
AREIA SILTOSA, MÉDIA
Cálculo de N
SPT
128
σ
`
V0
φ
tc
φ
tc-desvio
φ
tc+desvio
φ
tc
-
φ
tc-desvio
Desvio do
ângulo de
atrito
Variância de
φ
tc
1 4,000 0,000 - - - - -
2 8,000 0,000 - - - - -
3 12,000 0,000 - - - - -
4 16,000 0,000 - - - - -
5 20,000 0,000 - - - - -
6 24,000 0,000 - - - - -
7 28,000 0,000 - - - - -
8 34,000 0,000 - - - - -
9 40,000 36,564 34,232 38,465 0,058 0,037 0,001
10 47,000 45,527 44,620 46,356 0,019 0,015 0,000
11 54,000 48,705 47,873 49,468 0,016 0,014 0,000
12 62,000 37,818 34,668 40,227 0,073 0,049 0,002
13 70,000 35,734 31,302 38,827 0,105 0,066 0,004
14 78,000 35,360 8,372 46,672 0,542 0,334 0,112
15 86,000 34,844 8,215 47,075 0,558 0,339 0,115
16 94,000 32,032 18,808 37,551 0,293 0,164 0,027
17 102,000 34,399 29,834 37,554 0,112 0,067 0,005
18 110,000 36,157 30,525 39,782 0,128 0,081 0,007
19 118,000 37,534 7,687 45,867 0,509 0,333 0,111
20 127,000 39,733 21,991 45,854 0,300 0,208 0,043
21 136,000 39,853 7,442 46,606 0,491 0,342 0,117
22 145,000 42,077 27,313 47,828 0,244 0,179 0,032
23 154,000 41,080 25,352 46,971 0,263 0,189 0,036
24 163,000 38,250 7,126 45,301 0,499 0,333 0,111
25 172,000 35,196 33,176 36,885 0,053 0,032 0,001
25,7 181,000 34,220 6,942 42,696 0,522 0,312 0,097
27 190,000 33,991 33,602 34,367 0,011 0,007 0,000
SILTE ARENOSO,
MDTE. COMPACTO
AREIA MÉDIA E
GROSSA, SILTOSA,
COM PEDREGULHOS,
MEDIANAMENTE
COMPACTA E
COMPACTA,
AMARELA. SOLO
RESIDUAL
Cálculo de
φ
tc
CLASSIFICAÇÃO DO
MATERIAL
PROF.
ARGILA SILTOSA,
ORGÂNICA, MUITO
MOLE, CINZA ESCURO
AREIA SILTOSA,
MÉDIA
129
Kmédio
σ
`
V
δ
tan
δ
f
S
1 - 4,000 - - 1,500
2 - 8,000 - - 1,500
3 - 12,000 - - 1,500
4 - 16,000 - - 1,500
5 - 20,000 - - 1,500
6 - 24,000 - - 1,500
7 - 28,000 - - 1,500
8 - 34,000 - - 7,500
9 1,500 40,000 36,564 0,670 40,184
10 1,500 47,000 43,251 0,920 64,844
11 1,500 54,000 46,270 1,028 83,272
12 1,500 62,000 37,818 0,701 65,183
13 1,500 70,000 35,734 0,650 68,218
14 1,500 78,000 35,360 0,641 74,971
15 1,500 86,000 34,844 0,629 81,093
16 1,500 94,000 32,032 0,565 79,658
17 1,500 102,000 34,399 0,618 94,595
18 1,500 110,000 36,157 0,660 108,877
19 1,500 118,000 37,534 0,694 122,791
20 1,500 127,000 39,733 0,751 142,984
21 1,500 136,000 39,853 0,754 153,766
22 1,500 145,000 42,077 0,815 177,320
23 1,500 154,000 41,080 0,787 181,838
24 1,500 163,000 38,250 0,712 174,048
25 1,500 172,000 35,196 0,637 164,321
25,7 1,500 181,000 34,220 0,614 166,739
27 1,500 190,000 33,991 0,609 173,531
SILTE ARENOSO,
MDTE. COMPACTO
AREIA MÉDIA E
GROSSA, SILTOSA,
COM PEDREGULHOS,
MEDIANAMENTE
COMPACTA E
COMPACTA,
AMARELA. SOLO
RESIDUAL
CLASSIFICAÇÃO DO
MATERIAL
PROF.
ARGILA SILTOSA,
ORGÂNICA, MUITO
MOLE, CINZA
ESCURO
AREIA SILTOSA,
MÉDIA
Cálculo de fs
130
A
S
µ
Ql
µ
Ql-acumulado
σ
2
(Q
S
)
σ
2
(Q
S
)
acumulado
1 1,037 1,555 1,555 0,172 0,172
2 1,037 1,555 3,110 0,172 0,344
3 1,037 1,555 4,665 0,172 0,516
4 1,037 1,555 6,220 0,172 0,688
5 1,037 1,555 7,775 0,172 0,860
6 1,037 1,555 9,331 0,172 1,032
7 1,037 1,555 10,886 0,172 1,204
8 1,037 7,775 18,661 3,880 5,084
9 1,037 41,660 60,321 - -
10 1,037 67,225 127,546 - -
11 1,037 86,330 213,876 - -
12 1,037 67,576 281,452 - -
13 1,037 70,723 352,175 - -
14 1,037 77,724 429,900 - -
15 1,037 84,071 513,971 - -
16 1,037 82,584 596,554 - -
17 1,037 98,069 694,623 - -
18 1,037 112,876 807,499 - -
19 1,037 127,301 934,800 - -
20 1,037 148,235 1083,036 - -
21 1,037 159,413 1242,449 - -
22 1,037 183,832 1426,280 - -
23 1,037 188,516 1614,796 - -
24 1,037 180,440 1795,237 - -
25 1,037 170,355 1965,592 - -
25,7 1,037 172,862 2138,454 - -
27 1,037 179,905 2318,359 - -
SILTE ARENOSO,
MDTE. COMPACTO
CLASSIFICAÇÃO DO
MATERIAL
ARGILA SILTOSA,
ORGÂNICA, MUITO
MOLE, CINZA
ESCURO
AREIA SILTOSA,
MÉDIA
AREIA MÉDIA E
GROSSA, SILTOSA,
COM
PEDREGULHOS,
MEDIANAMENTE
COMPACTA E
COMPACTA,
AMARELA. SOLO
RESIDUAL
Cálculo de
µ
QL-acumulado
Variância
PROF.
131
A
si
µ
ki
µ
σ
'
vi
µδ
i
tan
µδ
i
cos
µδ
i
σ
2
δ
i
σ
2
Σσ
2
1 1,555 1,500 0,000 0,000 0,000 - -
2 1,555 1,500 0,000 0,000 0,000 - -
3 1,555 1,500 0,000 0,000 0,000 - -
4 1,555 1,500 0,000 0,000 0,000 - -
5 1,555 1,500 0,000 0,000 0,000 - -
6 1,555 1,500 0,000 0,000 0,000 - -
7 1,555 1,500 0,000 0,000 0,000 - -
8 7,775 1,500 0,000 0,000 0,000 - -
9 41,660 1,500 40,000 34,736 0,693 0,822 0,001 25,655 25,655
10 67,225 1,500 47,000 43,251 0,941 0,728 0,000 49,362 75,018
11 86,330 1,500 54,000 46,270 1,045 0,691 0,000 79,638 154,656
12 67,576 1,500 62,000 35,927 0,725 0,810 0,002 78,908 233,564
13 70,723 1,500 70,000 33,948 0,673 0,830 0,004 120,704 354,269
14 77,724 1,500 78,000 33,592 0,664 0,833 0,101 2202,724 2556,993
15 84,071 1,500 86,000 33,102 0,652 0,838 0,104 2721,330 5278,323
16 82,584 1,500 94,000 30,430 0,587 0,862 0,024 767,673 6045,997
17 98,069 1,500 102,000 32,679 0,641 0,842 0,004 248,995 6294,991
18 112,876 1,500 110,000 34,350 0,683 0,826 0,006 389,526 6684,518
19 127,301 1,500 118,000 35,657 0,717 0,813 0,100 5283,299 11967,816
20 148,235 1,500 127,000 37,747 0,774 0,791 0,039 2675,251 14643,068
21 159,413 1,500 136,000 37,860 0,777 0,790 0,105 7834,931 22477,998
22 183,832 1,500 145,000 39,973 0,838 0,766 0,029 2861,490 25339,488
23 188,516 1,500 154,000 39,026 0,811 0,777 0,032 3429,441 28768,930
24 180,440 1,500 163,000 36,337 0,736 0,806 0,100 10265,045 39033,975
25 170,355 1,500 172,000 33,436 0,660 0,834 0,001 409,064 39443,039
25,7 172,862 1,500 181,000 32,509 0,637 0,843 0,088 10109,476 49552,515
27 179,905 1,500 190,000 32,292 0,632 0,845 0,000 353,593 49906,108
SILTE ARENOSO,
MDTE. COMPACTO
AREIA SILTOSA, MÉDIA
AREIA MÉDIA E
GROSSA, SILTOSA,
COM PEDREGULHOS,
MEDIANAMENTE
COMPACTA E
COMPACTA, AMARELA.
SOLO RESIDUAL
CLASSIFICAÇÃO DO
MATERIAL
PROF.
ARGILA SILTOSA,
ORGÂNICA, MUITO
MOLE, CINZA ESCURO
Resistência por Atrito Lateral e Variäncia
132
Para a camada argilosa superficial, o Valor Esperado e a Variância do atrito lateral,
para cada profundidade, foi calculado a partir dos parâmetros obtidos dos ensaios Vane.
A
p
φ
tc-desvio
Nq-
φ
tc+desvio
Nq+ Nq
µ
Qp
25,700 1,037 6,9 1,8 42,7 185 93,4 838,17
Valor esperado da resistência de Ponta
PROF.
CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL
AREIA MÉDIA E GROSSA,
SILTOSA, COM PEDREGULHOS,
MEDIANAMENTE COMPACTA E
COMPACTA, AMARELA. SOLO
RESIDUAL
A
p
2
µ
Nqi
2
σ
2
σ
'Vi
µ
σ
'
2
Vi
σ
2
Nq,i
σ
2
Qp
25,700 0,007 93,4 0 181,000 8390,56 2009464,45
CLASSIFICAÇÃO DO
MATERIAL
AREIA MÉDIA E GROSSA,
SILTOSA, COM
PEDREGULHOS,
MEDIANAMENTE
COMPACTA E COMPACTA,
AMARELA. SOLO RESIDUAL
PROF.
Variäncia da Ponta
133
ANEXO G - Procedimento Utilizado nas Análises da Estimativa
“Objetiva” para a Estaca P157 do Setor M
Este Anexo destina-se a apresentar os procedimentos utilizados nas análises para a
estaca P157 do Setor M.
i) Inicialmente, executou-se o programa da equação da onda para os parâmetros
médios selecionados, incluindo a eficiência média, obtendo-se a curva esperada
de cravabilidade.
ii) Com o número de golpes por penetração obtido dos registros da obra para a
estaca em análise, entrou-se no eixo das abscissas da curva de cravabilidade e
obteve-se, no eixo das ordenadas, o valor esperado da resistência do solo
durante a cravação, Figura G.1.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 1400,0 1600,0
Figura G.1. Resistência mobilizada durante a cravação versus número de golpes por
penetração obtido para a Estaca P157 do Setor M.
iii) Após os procedimentos listados em i e ii, executou-se o programa para o limite
inferior da faixa de incerteza da eficiência e, em seguida, para o limite superior da
µ
Q
(kN)
Número de
g
ol
p
es
p
or
p
enetra
ç
ão
Obtenção do Valor
Esperado da resistência do
Solo durante a cravação
134
mesma faixa, obtendo-se duas outras curvas de cravabilidade que delimitam uma
região onde devem se situar as curvas correspondentes à faixa de incerteza
selecionada para a eficiência do martelo.
iv) Entrando-se no eixo das ordenadas com a resistência dinâmica esperada obtida
em ii), nas curvas de cravabilidade correspondentes aos limites superiores e
inferiores de eficiência, obteve-se, respectivamente, o limite inferior,
1
n
, e
superior,
2
n , do número de golpes por penetração, Figura G.2.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0
Figura G.2. Obtenção dos limites (inferior e superior) do número de golpes por penetração,
correspondentes ao valor esperado da resistência mobilizada durante a cravação para a
estaca P157 do Setor M.
A variância
H
σ
em relação ao número de golpes foi calculada conforme Guttormsen
(1987) como:
2
21
2
2
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
nn
H
σ
( G.1 )
SRD (kN)
Obtenção
de η
2
Obtenção
de η
1
Nº de
g
ol
p
es/
p
enetra
ç
ão
135
Portanto, aplicando-se a equação G.1, obteve-se a variância em relação ao número de
golpes conforme indicado abaixo:
76,5990
2
196351
2
2
=
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
H
σ
A parcela
L
σ
da variância devida às demais incertezas foi calculada, conforme
Guttormsen (1987) como:
22
)(
NL
µσ
Ω=
( G.2 )
onde
Ω , coeficiente de variação relativo à incerteza das demais variáveis, foi selecionado
com base na experiência do projetista e
N
µ
o valor esperado do número de golpes.
Continuando o procedimento proposto por Guttormsen (1987), tem-se:
900)25012,0(
22
=×=
L
σ
v) Para o número de golpes medido, no eixo das abscissas, obteve-se, no item ii, o
valor da resistência esperada na cravação, para a curva correspondente à
eficiência média. Introduzindo-se agora a faixa de valores do número de golpes
no eixo das abscissas, valor medido menos desvio padrão e valor medido mais
desvio padrão, na curva de cravabilidade corresponde à eficiência média, obteve-
se, finalmente, o limite inferior da resistência mobilizada durante a cravação
(valor esperado menos o desvio padrão) e o limite superior da resistência
mobilizada durante a cravação (valor esperado mais o desvio padrão).
136
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
0,0 200,0 400,0 600,0 800,0 1000,0 1200,0 1400,0 1600,0
Figura G.3. Obtenção dos limites (inferior e superior) da resistência do solo durante a cravação
em função do número de golpes por penetração para a Estaca P157 do Setor M.
vi) O quadrado do desvio padrão obtido em ii) corresponde à variância da
resistência mobilizada durante a cravação.
O procedimento descrito anteriormente permitiu, assim, a obtenção da estimativa do
valor esperado e da variância da distribuição provável (“objetiva”) da capacidade de carga
durante a cravação para a Estaca P157 do Setor M.
SRD (kN)
nº de
g
ol
p
es/
p
enetra
ç
ão
Obtenção do Limite
Superior de
Resistência
Obtenção do Limite
Inferior de
Resistência
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