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Entrevista
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AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS
Luiz Russo Neto 1
Resumo
O presente trabalho apresenta breves descrições e comentários gerais
sobre procedimentos adotados na avaliação de desempenho de fundações
profundas. Estes procedimentos na sua grande maioria normalizados e de
domínio geral, são ilustrados com casos de obras da Região Sul do Brasil.
Através de procedimentos de avaliação de desempenho existe a possibilidade
de aferir efeitos de interação estrutura - solo. O assunto está muito bem
apresentado por Hachich, W. et al [1].
Palavras chave: fundação profunda, avaliação de desempenho,
interação estrutura - solo.
Introdução
A necessidade da avaliação de desempenho é devida a um certo grau
de incerteza que existem em todas as fases (investigação geotécnica, projeto e
execução) de uma fundação. São fatores que contribuem para esta incerteza:
a) a heterogeneidade e variabilidade do material de construção natural (
solo) no qual os elementos são instaladas,
b) a quase impossibilidade de inspecionar visualmente a totalidade dos
elementos executados,
c) o comportamento do binómio Formação Geológica x Solução de
Fundação é, com raras exceções, pouco entendido e aferido.
Os novos códigos, normas e as atuais demandas da sociedade exigem
que a atívidade Fundações certifique a qualidade L*O produto que está sendo
entregue à comunidade. Esta certificação é possível através da verificação de
desempenho.
No Estado do Paraná a prática de avaliação de desempenho é recente e
tomou impulso decisivo a partir do ano de 1998 com <: implantação do Sítio
Experimental de Geotecnia da UFPR [2] e do Campo Experimental de
Engenharia Geotécnica da UEL [3]. Também, na mesma época, a chegada de
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equipamentos para ensaios dinâmicos (PDA e PIT) foi fundamental para o uso
intensivo da avaliação de desempenho de fundações profundas nas obras de
engenharia da Região Sul do Brasil.
Prova de carga
Os procedimentos adotados nas provas de carga visam determinar a
solicitação que conduz um elemento isolado de fundação à ruptura, os quais
podem ser estáticos ou dinâmicos. Permitem definir por meio de amostragem,
a variabilidade de comportamento devida a:
a) heterogeneidade do maciço de solo,
b) procedimentos executivos,
c) grau de intervenção ("controle") empregado na execução do conjunto
de estacas de uma dada obra.
Prova de carga estática
Os procedimentos a serem seguidos durante a realização de uma prova
de carga estática (compressão, tração ou horizontal) estão definidos na norma
técnica NBR-12131 [4]. A execução da prova de carga estática envolve um
sistema de aplicação de um carregamento controlado (macaco hidráulico,
célula de carga e rótula) o qual atuará sobre um sistema de reação (geralmente
vigas metálicas e estacas de reação). As solicitações são aplicadas em
incrementos ou estágios os quais são mantidos constantes enquanto
monitoram-se, através de relógios comparadores, os deslocamentos sofridos
pelo elemento isolado de fundação. O resultado obtido é uma curva do tipo
tensão x deformação válida para o sistema (maciço de solo - estaca) ensaiado.
A figura 1 apresenta uma montagem típica de uma prova de carga
estática à compressão utilizando sistema de reação com vigas metálicas
associados a tirantes.
O gráfico da figura 2 apresenta resultado de prova de carga estática
realizado em unidade industrial destinada a geração de energia elétrica
localizada na Região Metropolitana de Curitiba. O solo local é originário da
Formação Guabirotuba. O elemento ensaiado é do tipo pré-moldado de
concreto pretendido com seção transversal quadrada de 35 cm de lado e
comprimento total 8,5 m.
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 Figura 1 - Montagem de prova de carga estática à
compressão
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Figura 2 - Resultado de prova de carga estática à compressão OBRA: Geração de
energia elétríca Região Metropolitana de Curitiba
Ensaio de carregamento dinâmico
Este ensaio possui norma técnica brasileira específica para sua
realização dada pela NBR-13208 [5]. As atividades de campo envolvem a
fixação de um par de transdutores de deformação específica e um par de
acelerômetros no fuste de uma estaca (foto 1) na qual será aplicada a energia
desenvolvida por um peso caindo de uma determinada altura. A propagação e
reflexões da onda de choque é monitorada por esta instrumentação sendo os
valores transmitidos e armazenados em um sistema de aquisição de dados
(foto 2), o qual possui processador dedicado a resolver e analisar os dados
coletados. Os sistemas atualmente em uso permitem que em décimos de
segundos sejam armazenados para cada instrumento 1024 dados de cada
sensor.
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Ainda em campo é possível obter informações instantâneas da
resistência mobilizada pelo golpe, calculada pelo método CASE, da energia
transferida à estaca ensaiada, das tensões desenvolvidas e da integridade da
estaca. A prática brasileira consagrou a realização do ensaio de carregamento
dinâmico de energia crescente proposto por Aoki, N. [6] o qual permite
caracterizar o limite inferior e superior de ruptura.
Resultados de ensaios de carregamento dinâmico, analisados por
software específico fornecem curvas de variação força (F) e velocidade (V) na
seção instrumentada, ao longo do tempo. Também podem ser obtidos, entre
outros, diagramas de variação da força ascendente (WU) e do deslocamento
(D) da seção instrumentada ao longo do tempo. A figura 3, apresenta resultado
típico de um sinal coletado durante a realização de ensaios em estaca metálica
de seção circular vazada de 40 cm de diâmetro e parede de espessura 9,5 mm,
instalada em depósito sedimentar de origem flúvio lacunar, para uma obra de
terminal portuário em unidade industrial localizada na Região Metropolitana de
Porto Alegre.
Foto 1 – Instrumentação empregada no ensaio de carregamento dinâmico fixada a
uma estaca pré-moladda de concreto – acelerômetro e trnsdutosr de deformação
específica
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Foto 2 - Sistema de aquisição de dados para ensaio de carregamento dinâmico
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Figura 3 - (a) Gráfico força (linha cheia) e velocidade (linha tracejada) (b) Gráfico
força ascendente (linha cheia) e deslocamento (linha tracejada), ao longo do tempo,
na seção instrumentada. OBRA: Terminal portuário Região Metropolitana de Porto
Alegre
A fim de ilustrar possíveis resultados obtidos neste tipo de ensaio, o
gráfico da figura 4 apresenta curvas de variação da resistência total (dinâmica)
com o aumento do nível de energia aplicado por golpes de altura de queda
crescente, para ensaios em quatro estacas pré-moldadas de concreto armado
de seção quadrada de 25 cm diâmetro instaladas em solo da Formação
Guabirotuba em uma unidade industrial petrolífera localizada na Região
Metropolitana de Curitiba. Pode-se verificar visualmente no gráfico a baixa
variabilidade (da ordem de 10%) apresentada pelos elementos ensaiados.
Figura 4 - Curvas Rt - EMX determinadas em ensaios de carregamento dinâmico de
energia crescente OBRA: Unidade industrial petrolífera Região Metropolitana de
Curitiba
Os sinais coletados em campo podem também ser analisados pelo o
programa CAPWAP®.Esse tipo de análise é um processo iterativo, o qual
envolve os sinais de força e velocidade medidos em campo, estimativas das
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resistências estáticas do solo e parâmetros dinâmicos da estaca e do terreno.
O resultado da análise CAPWAP® é utilizado, em primeira instância, para
estimar fatores de amortecimento do método CASE (Jc), o qual converte a
resistência dinâmica medida pelo ensaio em resistência estática. Fornece as
parcelas de resistência de ponta e de atrito lateral, bem como a distribuição do
atrito lateral ao longo do fuste da estaca. O programa CAPWAP® também
permite a simulação de prova de carga estática a partir do sinal coletado em
campo.
A figura 5 a seguir, reproduzida de Koraiann, A. C. M. et ai. [7],
apresenta simulações de prova de carga estática determinadas pelo programa
CAPWAP® (linhas tracejadas) em conjunto com resultados de prova estática
(linha contínua) realizada anteriormente aos ensaios dinâmicos. As estacas são
do tipo hélice contínua monitorada executadas com diâmetro 35 cm em solo da
Formação Guabirotuba e fazem parte do Sítio Experimental de Geotecnia da
UFPR [2]. Observa-se nestes gráficos uma concordância entre os ensaios
dinâmicos e os estáticos, mesmo sendo o elemento ensaiado do tipo escavado,
o qual muda as suas características a cada ensaio realizado (estático ou
dinâmico).
O ensaio de carregamento dinâmico também permite avaliar efeitos de
cicatrização/relaxamento (set-up), assunto já apresentado no GEOSUL 2000
[8]. A título de ilustração é apresentado na figura 6, resultados de ensaios
realizados ao final de cravação, 24 horas e 40 horas após o término da
cravação, em estaca do tipo pré-moldada de concreto pretendido com seção
quadrada de 26 cm de lado e 15,4 m de comprimento, instalada em solo da
Formação Guabirotuba para fundação de um terminal ferroviário localizado na
Região Metropolitana de Curitiba. Nota-se na figura um acréscimo de
resistência em relação ao final da cravação de cerca de 80%.
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Figura 5 - Simulações de prova de carga estática CAPWAP, provas de carga estática -
estavcas hélice contínua monitorada Sítio Experimentalde Geotecnia da UFPR
Figura 6 – Avaliação de set-up em estacas pré-moldadas. Obra: Terminal Ferroviário
Região de Curitiba
Ensaio de integridade
A norma brasileira NBR-6122 [9] recomenda o uso do ensaio de
integridade para estacas escavadas com lama bentonítica. Existem as
seguintes normas internacionais sobre o ensaio: Alemanha (Recomendação da
DGGT para futura inclusão na norma DIN); Austrália (AS2159-1995); China
(JGJ 93-95); Estados Unidos (ASTM D-5882-96); França (Norme Française
NFP 94-160-2; NFP 94-160-4); Inglaterra (Specification for Piling - Institution of
Civil Engineers -capítulo 11.2). Este tipo de ensaio ainda não é objeto de norma
técnica brasileira. Consiste na aplicação de um golpe de pequena intensidade
(aplicado com martelo de mão de peso menor que l kgf) no topo da estaca. No
topo da estaca é fixado, com cera a base de petróleo, um acelerômetro (foto 3)
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o qual irá registrar a propagação e reflexões da onda ao longo da estaca.
Eventuais variações no impedimento (impedância) à propagação da onda são
registradas por correspondentes variações de velocidade monitorada pelo
sensor.
A foto 4 apresenta constatação após exame de fiiste de alargamentos
excessivos localizados próximo ao topo de estacas, os quais foram detectadas
por ensaios de integridade .
A figura 7 ilustra o sinal registrado em um ensaio de integridade efetuado
num tubulão com base alargada. Nota-se que o sinal de velocidade sofre uma
brusca redução no início do alargamento, seguida de aumento da velocidade
após o término do elemento de fundação.
Foto 3 - Realização de ensaio de integridade. OBRA: Terminal portuário, Antonina PR
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Foto 4 - Alargamentos excessivos localizados próximo ao topo de estacas
detectados pelo ensaio de integridade. OBRA: Unidade industrial. Barra Velha, SC
Figura 7 - Sinal registrado pelo ensaio de integridade em um tubulâo de base alargada
OBRA: Edifico comercial Curitiba
Interacão estrutura - solo
A avaliação de desempenho na sua mais completa amplitude é aquela
que permite aferir o comportamento conjunto da superestrutura e da fundação,
ou seja, da interação estrutura - solo. Permite também avaliar comportamento
durante a vida útil de uma dada obra de engenharia.
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Envolve a quantificação dos deslocamentos verticais medidos
normalmente próximo à interface superestrura/fundação, os quais são por
natureza fenómenos de efeito devido as ações (solicitação - causa) aplicadas
pela obra de engenharia.
Monitoramento de recalques
Este procedimento consiste na realização de nivelamento geométrico de
precisão em pontos fixos (pinos) e previamente definidos na estrutura,
tomando-se como base uma referência de nível indeslocável, normalmente
uma referência de nível profunda (foto 5 bench-mark). O deslocamento vertical
(recalque) é obtido pela diferença de posição entre leituras sucessivas.
Utiliza-se nível ótico (foto 6) munido de placa micrométrica ou placa
plano paralela em conjunto com mira de invar (foto 7). Normalmente adota-se
visadas em circuito fechado, com distâncias inferiores a 50 m. Sob estas
condições a precisão das medidas de recalque é inferior a 0,3 mm.
Foto 5 - Vista superior de referência de nível profunda (bench-nark)
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Foto 6 - Detalhe do nível ótico em uso
Foto 7 - Mira de invar posicionada no pino de referência fixo ao pilar da estrutura.
Obra: Edifício residencial, Balneário Camboriú, SC.
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 Foto 8 - Pino instalado em pilar
 Figura 8 -Detalhe do pino atualmente em uso
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 Figura 9 - Representação esquemática de referência de nível profunda
(bench mark).
O gráfico da figura 10, apresenta resultados de monitoramento de
recalques efetuados durante a construção de um bloco de salas de aula
situado no Campus Curitiba da Pontifícia Universidade Católica do Paraná.
Estes dados fazem parte da pesquisa de Doutorado do autor e encontram-se
ainda na fase de análise.
A geotecnia local é constituída por uma camada superficial aluvionar
com cerca de 4,5 m de profundidade, seguida de solos da Formação
Guabirotuba. A fundação é composta por estacas pré-moldadas de concreto
armado predominantemente com seção quadrada de 30 e 35 cm de lado,
sendo o comprimento médio dos elementos de fundação 8,5 m. Todas as
estacas foram cravadas com nega 1,0 mm/golpe.
A solução estrutural empregada na obra em questão é de elementos
pré-moldados de concreto armado, formando um conjunto de 10 pórticos. Nota-
se no gráfico que durante o período de construção o máximo recalque medido
é da ordem de 1cm.
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Figura 10 - Curvas tempo recalque monitorados em cinco pilares
Monitoramento de cargas
Um novo equipamento vem sendo desenvolvido pelo autor, sob a
orientação do Professor Nelson Aoki no Departamento de Geotecnia da Escola
de Engenharia de São Carlos e visa medir com precisão a variação de
comprimento de um pilar de concreto. Através desta variação de comprimento
medida entre dois pontos de referência fixos ao pilar e distantes 1,5 m é
possível pela aplicação da lei de Hooke obter indiretamente a variação de
tensão ou decarga no pilar. Maiores detalhes do instrumento e de um
experimento de validação serão apresentados no XIICOBRAMSEG [10].
O sistema é constituído por três fios de invar de 6 mm de diâmetro,
solidarizados entre si a intervalos regulares com pastilhas de acrílico denso,
formando um elemento cilíndrico de 30 mm de diâmetro. As medidas são
efetuadas por relógio comparador digital fixado em uma extremidade da haste.
A foto 9 apresenta detalhe da haste.
O gráfico da figura 12 apresenta resultado de ensaios de validação do
sistema em estudo, realizado sob condições controladas de laboratório o qual
apresenta tensões aplicadas contra deformação, em cada uma das quatro
faces do pilar, conforme medidas efetuadas pelo sistema em desenvolvimento.
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 Foto 9 - Detalhe do interior da haste.
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 Foto 10 - Ponto de referência para medida de comprimento instalados em
pilar.
 Foto 11 - Experimento de validação de instrumento de medida de carga em
pilares.
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 Figura 12 – Curvas tensão aplicada – deformação medida pelo
instrumento.
Referências Bibliográficas
[1] Hachich, W.; et ai (1996). Fundações Teoria e Prática. São Paulo : Pini.
[2] Chamecki, P.R; A.C.M. Kormann; N.A. Nascimento; Dyminski, A.S. (1998).
Sítio experimental de geotecnia da UFPR - objetivos e dados preliminares.
Proc. of XICOBRAMSEG, ABMS, Brasília, Brasil: 819-826.
[3] BrancOjC. J. M. C., Miguel, M. G. & Teixeira, R. S. (1998) Implantação do
campo experimental de engenharia geotécnica no campos da UEL.
In:COBRAMSEG,v.2,pp.l015-1022.
[4] ABNT Estacas - Prova de carga estática (1991). NBR 12131. Rio de
Janeiro.
[5] ABNT Estacas - Ensaio de carregamento dinâmico (1994). NBR 13208. Rio
de Janeiro
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[6] AOKI, N. A New Dynamic Load Test Concept (1989). In: ICMSFE, 12, TC
Pile Driving, Rio de Janeiro. Proceedings for the Discussion Session 14, v. l, p.
1-4.
[7] Kormann, A.C.M, Chamecki, P.R., Russo Neto, L., Antoniutti Neto, L.
Bernardes, G.P. (2000). Behavior of short CFA piles in an overconsolidated clay
based on static and dynamic load tests. Proceedings of the Sixth International
Conference on the Application of Stress-Wave Theory to Piles. Balkema, São
Paulo
[8] Kormann, A.C.M, Chamecki, P.R., Russo Neto, L., Antoniutti Neto, L. (2000).
Avaliações do Set-up de uma Estaca Cravada em Argila Sobreadensada.
GEOSUL 2000, Florianópolis.
[9] ABNT Projeto e execução de fundações NBR6122 (1996). Rio de Janeiro.
[10] Russo Neto, L.; Aoki, N.; Menegotto, M. L. (2002) Instrumento para Medida
de Carga em Pilares. XII COBRAMSEG, ABMS São Paulo.
FUNDAÇÕES - BIBLIOGRAFIA
1) FUNDAÇÕES TEORIA E PRÁTICA - Pini - ABMS/ABEF.
2) FUNDAÇÕES - CRITÉRIOS DE PROJETO, INVESTIGAÇÕES DO SUB-
SOLO E FUNDAÇÕES SUPERFICIAIS - D. Velloso e F. Lopes - COPPE-
UFRJ. Vol 1.
3) FUNDAÇÕES EM SOLOS COLAPSÍVEIS - J. C. Cintra - EESC/USP.
4) CARGA ADMISSÍVEL EM FUNDAÇÕES PROFUNDAS - J. C. Cintra e N.
Aoki - Publicação EESC/USP.
5) DIMENSIONAMENTO DE FUNDAÇÕES PROFUNDAS - Urbano
Rodriguez Alonso - Editora Edgard Blucher Ltda.
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6) EXERCÍCIOS DE FUNDAÇÕES - Urbano Rodriguez Alonso - Editora
Edgard Blíicher Ltda.
7) PREVISÃO E CONTROLE DAS FUNDAÇÕES - Urbano Rodriguez Alonso -
Editora Edgard Blíicher Ltda.
8) ENSAIOS DE CAMPO E SUAS APLICAÇÕES À ENGENHARIA DE
FUNDAÇÕES - F. Schnaid - Oficina de Textos.
9) FUNDAÇÕES PROFUNDAS - Ubirajara Oliveira - DCL Editores Ltda.
10) CAPACIDADE DE CARGA E RECALQUES DE FUNDAÇÕES DIRETAS. J.
C. Cintra e J. H. Albiero - EESC/USP.
1 1) PROJETO DE FUNDAÇÕES - Vol. l - EESC/USP.
12) FUNDAÇÕES EM OBRAS COM MICRO ESTACAS - Eng° Vítor Pasin -
Porto Alegre.
13) ESTRUTURAS DE FUNDAÇÕES - Marcelo C. Moraes - Editora Mc Braw
Hill.
14) FUNDAÇÕES - ENGENHARIA APLICADA - Renato P. Cardoso - Editora
Nobec.
15) ACIDENTES ESTRUTURAIS NA CONSTRUÇÃO CIVIL - 2 volumes -
Editora Pini.
16) I SEMINÁRIO DE ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES
17) SEMINÁRIO DE ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES ESPECIAIS - SEFE - 1
a IV.
18) ANAIS DO CONGRESSO BRASILEIRO DE MECÂNICA DOS SOLOS E
ENGENHARIA GEOTÉCNICA - Vários congressos.
19) ANAIS DO ICSMFE- Vários
20) REVISTA SOLOS E ROCHAS
21) SOILS AND FUNDATIONS - JSSMFE
22) Fundações vol.2 – Fundações Profundas. Velloso e F. Lopes – COPPE
UFRJ.
23) PATOLOGIA DAS FUNDAÇÕES. J.Militisky, F. Schnrid, N. Consoli.
24) Retrospectiva e Técnicas Modernas de Fundações em ....