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Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.49 6.5 MÉTODOS SEMI-EMPIRICOS / ESTÁTISTICOS O calculo da capacidade de carga de fundações por meio das formulações teóricas ainda é um assunto polemico e transita melhor no campo da pesquisa. Vários autores tem proposto métodos semi-empíricos, discutidos a seguir. O autor é um grande apologista dos campos experimentais, onde os métodos semi-empíricos podem ser aplicados com maior segurança. Fora das regiões geotécnicas pesquisadas estas fórmulas devem ser aplicadas com cautela e bom senso, alias como ainda é toda engenharia geotécnica. Pontos a ponderar 1. Berberian, apresenta uma metodologia semi-empírica para a obtenção da carga admissível das estacas. Considera como base desta metodologia a prática brasileira, apoiada nos métodos recomendados por pesquisadores renomados tais como Aoki/Velloso, Laprovitera/Benegas, Monteiro, Décourt/Quaresma, Pedro Paulo, e do próprio autor, aferindo-os com os resultados das provas de cargas em estacas. 2. Vale lembrar que apesar de que alguns autores recomendam utilizar SPT até 50 golpes dificilmente se consegue cravar estacas pré-moldada em terrenos com SPT maior do que 35. Para estacas Franki os limites práticos giram em torno 15 golpes para solos arenosos e 30 para solos argilosos, Cintra e Aoki (1999). 3. No caso especifico de estacas escavadas, a carga total admissível deve ser no Maximo 1,25 vez a resistência do atrito lateral calculada na ruptura, ou sejam no Maximo 20 % da resistência total que deve ser suportada pela ponta da estaca. Quando superior a esse valor, o processo executivo de limpeza da ponta deve ser especificado pelo projetista e ratificado pelo executor. Radm ≤1,25.RT-RL RP ≤ 0,20 RT ≤ 0,20 (RP + RL) Onde, Radm Carga Admissivel da estaca RL Carga devida ao atrito lateral na ruptura RP Resistência de ponta Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.50 4. O autor recomenda no máximo fcd = 7.0 MPa para a resistência estrutural do concreto no projeto da estaca, para não impor tensões elevadas que o solo não possa suportar adequadamente. 5. A metodologia utilizada considera para a capacidade de carga, os resultados obtidos por vários autores, filtrados por duas médias. A Primeira, ponderada, adota como pesos os fatores FPc (fator de prova de carga) que depende da porcentagem dos acertos de cada método em relação a média dos resultados obtidos em grupos de provas de carga reais no mesmo solo. A segunda média, aritmética, adotando-se um desvio padrão µµµµ=0.3, é obtida excluindo-se os valores 30% acima ou 30% abaixo da primeira média. A sugestão de Berberian até a presente data para os valores de FPc são: Tab. 6.5.1 Fator Pc de Ponderação de Acertos Berberian considera como acerto valores que se aproximem a 20% das cargas obtidas nas provas de carga. O valor da tensão admissível para a primeira média será: Ra1media=∑Rai x FPc / ∑ FPc i Só devem entretanto entrar no computo das tensões admissíveis por esta metodologia, os métodos já comparados por conjunto de provas. Caso contrário desconsiderar na média ponderada fazendo FPc = 1.0, para todos. 6. A expressiva maioria dos profissionais utiliza um ou dois métodos + “bom senso”, para definir seus projetos. Esta metodologia não está errada, mas a adoção de uma media abrangendo várias sugestões renomadas alem de aumentar a % de Acerto em Provas de Carga < 10 ≥ 10 ≥20 ≥30 ≥40 ≥50 ≥60 ≥70 ≥80 ≥90 Fator PC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.51 precisão dos resultados, oferecerá uma melhor sustentação jurídica nos casos de litígios judiciais. 7. O autor também uniformiza os vários métodos disponíveis considerando-se o fatores KP para a ponta e KL para atrito lateral como fatores de ajuste que dependem do tipo de solo e EP e EL como fatores de escala que dependem do tipo da estaca e do método de execução. 8. Em geral considera-se que os recalques mobilizados na rutura pelo fuste giram no entorno 10 a 20 mm e pela ponta entre 10 a 30% do diâmetro do fuste. 9. Para o caso de estacas dotadas de bases alargadas por compactação, a área da ponta é obtida assimilando-se a base à uma esfera, como é o caso das estacas Franki ou Bucha seca. Fig. 6.5.2 Considerações sobre as áreas de ponta e lateral Volume da base (l) Area da base (m²) Db (m) 90 0,212 0,52 150 0,292 0,61 180 0,332 0,65 270 0,430 0,74 300 0,478 0,78 Df Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.52 Fig. 6.5.3 Considerações sobre geometria das bases 10. Definição do que deve ser considerada como uma camada. Como em todas as formulações dos métodos aqui analisados leva-se em conta o SPT e o tipo de solo, sugere-se portanto para agilizar os cálculos manuais, agrupar como sendo uma camada de calculo aquela que contenha o mesmo solo e o mesmo SPT (± 2 golpes). 11. Alguns pesquisadores recomendam desprezar o primeiro e o ultimo metro imediatamente acima da ponta, uma vez que nesta região a superfície de ruptura não passa pelo fuste e mesmo porque este SPT já estará sendo considerado no cálculo da parcela da ponta. 360 0,528 0,82 450 0,608 0,88 540 0,694 0,94 600 0,739 0,97 630 0,785 1,00 750 0,866 1,05 900 0,985 1,12 1050 1,112 1,19 Vol. Injetado e Compactado FRUSTE DA ESTACA DIÂMETRO DA BASE ÁREA DA BASE VOLUME DA BASE (V Compactado ≅≅≅≅ 0,8 V-injetado) BASE ALARGADA SOLO FORTEMENTE COMPACTADO Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.53 12. Para o cálculo da parcela lateral, o valor de SPT bem como o tipo (classificação) do solo deverão ser obtidos em cada camada, ao longo do fuste da estaca. Opcionalmente pode-se utilizar o SPT médio ao longo da profundidade da estaca. 13. Apesar de que vários autores permitem considerar a media dos SPT ao longo do comprimento da estaca, ficaria difícil de definir quais valores de K e α (KP e KL) a adotar, vez que, K e α dependem do tipo de cada solo. 14. Não se aconselha aplicar os métodos semi-empíricos na presença de folhelhos, Velloso/Hammes (1982) e Aoki/Alonso (1990). 15. Fernando Schnaid e Marcelo Langone (2013) pesquisam uma nova fronteira na busca de construir uma correlação entre o ensaio SPT e a capacidade de carga de fundações, baseada no conceito do principio da conserracao da energia e da dinâmica dos solos. 16. Vale observar ainda que a Norma Brasileira NBR 6122/2010, recomenda: Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.54 17. Para refinar as correlações, Berberian (1972) ampliou o sistema unificado de classificação de solos, propondo: Tab. 6.5.5 Classificação dos solos. USCS/Berberian Tipos de Solo Intensidade de Mistura Umidade Tactil/Visual Plasticidade C. Argila 3. Mto. Pouco 3. Seca L. BaixaM. Silte 4. Pouco 4. Pouco umida H. Alta S. Areia 5. Medianamente 5. Umida I.Intermediaria G. Pedregulho 6. Muito 6. Muito umida K. Argila Kaolinítica L. Argila Laterítica Porosa 7. Demasiadamente 7. Saturada 9. Submersa Não se dispondo do fator de intensidade da mistura, adotar o valor 5 ou seja S5M, seria uma Areia Medianamente Siltosa, ou simplesmente SM Areia Siltosa, subtendendo tratar-se de Areia Medianamente Siltosa. Fig. 6.5.4 Camada menos resistente dentro do bulbo de influência do grupo Ocorrendo a existência de camada de menor resistência abaixo da ponta de um grupo de estacas, e se esta camada estiver dentro do bulbo de influência do grupo, ver Fig. 6.5.4 , deve-se calcular o valor da parcela de ponta RP dentro desta camada fraca. Este valor não poderá ser menor do que aquele calculado para o nível da ponta da estaca previamente calculada. Caso ocorra este fato, aprofunde a estaca até que RP ou SPT seja crescente com Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.55 Definições: • Estacas Cravadas (de Deslocamento) são aquelas executadas sem a retirada do solo, produzindo uma densificação (melhoria) do terreno adjacente. Enquadram-se neste grupo as Pré-Moldadas de Concreto maciças ou vazadas, de Aço, de Madeira, de Concreto apiloado, Tubulares com ponta fechada, Franki e Omega. As estacas de deslocamento geram no maciço adjacente a estaca um ambiente de empuxo entre o repouso e o passivo. Décourt adota como estacas de “referência” as estacas pré-moldadas, como consequência KPDQ = KLDQ = 1.0 • Estacas Escavadas são aquelas em cuja execução o solo sai, gerando um ambiente de empuxos próximos do ativo. Enquadram-se nesta categoria as estacas do tipo Broca, Mini- tubulões (brocas com uma ou mais bases alargadas), Straus, Tubulões e Estacas Escavadas Mecanicamente ou com lama bentonítica. • Escavadas com Bentonita são fundações escavadas com emprego de lama bentonítica, com a finalidade precípua de garantir a estabilidade da escavação. Enquadram-se neste grupo as estacas Barrete e Estacões. • Estacas Injetadas são aquelas escavadas por rotação e executadas por meio de injeção de pasta de cimento. As estacas Raiz são estacas injetadas a baixas pressões (até 4 kg/cm²), perfuradas por rotação revestida ou estabilizadas por circulação de lama Bentonítica, com diâmetros variando entre 10 e 40cm. São armadas e a pressão de injeção é aplicada de uma só vez no topo da estaca. • As Micro.Estacas são aquelas escavadas por rotação, executadas através da injeção de pasta de cimento sob altas pressões, através de um tubo alma, dotada de furos (manchetes) a cada metro, por onde se processarão as injeções. O tubo alma é considerado como parte da armação. As injeções são realizadas em várias etapas, através das manchetes, previamente instaladas no tubo alma. Para facilitar a aplicação deste método na prática da engenharia, recomendamos navegar no fluxograma da Fig. 6.5.4.2 Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.56 6.5.1 MÉTODO 01 : Aoki / Velloso Aoki e Velloso apresentaram em (1975) e Velloso et al. (1978) uma formulação semi.empírica para o cálculo da capacidade de Carga de Estacas. Condicionantes 1. Os autores consideram N72 ≤ 50 2. Para o calculo da resistência de ponta RP e tomada como sendo a media de três valores: ao nível da ponta, 1m acima e 1m abaixo. A popularização dos métodos semi-empíricos cabe aos professores Dirceu Velloso e Nelson Aoki, quando apresentaram o seu método em 1975, no congresso Pan-americano em Buenos Aires RT = RP + RL onde, A formula original sugerida pelos autores era: RT = AL2F 72KN α +Ap1F 72KN RT . t Carga total a Rutura da Estaca (sob o ponto de vista geotécnico) RP . t Carga de Rutura da Ponta RL . t Carga de Rutura Lateral Para facilitar as metodologias dos cálculos, Berberian procurou, na medida do possível, homogeneizar e simplificar as formulas substituindo: K por KPAV e ααααK por KLAV F1 por EP e F2 por EL RP = P 72 AV P E N K A P RL = L 72LAV L E N KA Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.57 AP . m² Área da ponta ou base da estaca. Para estacas de aço e de concreto vazado considerar como área o perímetro cheio. Para estacas Franki assimile a base alargada a uma esfera N72 .adm Número de golpes necessários à cravação de 30 cm do amostrador padrão SPT, com eficiência média de 72%. Ver Berberian (1986). KPAV. t/m² Coeficiente de correlação entre a resistência de ponta qc do Cone (Diepsonderingen) e o número de golpes SPT Sanglerat (1965), Berberian (1986), dado na Tab. 6.5.1.3 KLAV . adm Fator de correlação entre a resistência lateral do cone com o SPT. KLAV=α.K EP, EL adm ( F1 e F2 )Fatores de correção do tipo de fundação devido ao efeito da escala e do método de execução, gerados pela diferença entre as geometrias do Cone e da Estaca Menzenbach (1961) e Schenk (1966). Tab. 6.5.1.5 AL . m² Área lateral da estaca em cada camada, ou por metro de estaca, onde se admite RL constante A carga admissível da estaca ou seja, aquela a ser utilizada no projeto, será obtida aplicando-se a carga de rutura, um fator de segurança. Ra = Rr / FS Os autores recomendam FS = 2,0. Para estacas em rocha Ra= Rr/3 L L L 72AV P P 72AVP AE.2 N . SP . kLav + AEp.2 N . k =RTa Aoki e Velloso elaboraram seu modelo de cálculo baseados na experiência européia na qual as resistências de ponta e lateral da estaca foram obtidas diretamente das resistências no cone, dividindo-as, por apropriados fatores de escala (EP e EL), obtidos experimentalmente através da retroanalise de cerca 100 provas de carga. A época, não havendo provas de carga instrumentadas adotou-se EL= 2EP. Os autores transpuseram o SPT para resistência de ponta do cone multiplicando-se qc pelo fator de correlação KP. Para transpor o SPT para resistência lateral, multiplicaram a Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.58 resistência de ponta pelo razão de atrito K, α ou Ra, proposto por Bengemman. Fig 6.5.1.1 Vale observar que no método apresentado por Aoki/Velloso não se fez distinção dos dois amostradores ainda utilizados na época no Brasil, ou seja os amostradores Mohr (φ = 4,13 cm) e Terzaghi (φ = 5,08 cm) o que fatalmente introduz pequenas variações nos resultados. Da mesma forma o cone tomado como base para as pesquisas foi o cone mecânico de Bengemann com luva de atrito. Pos. 1: Fechada Pos. 2: Só resistência de Ponta Pos. 3: resistência Total Fig. 6.5.1.1 Funcionamento dos Os cones elétricos medem cones mecânicos. silmutaneamente qc e fs O método Aoki / Velloso tem apresentado bons resultados, tendo sido observado entretanto que ele superdimensiona a capacidade de ponta e tende a subdimensionar a parcelalateral. Mas, o somatório compensa estas diferenças fornecendo um resultado final satisfatório. Não é difícil, para aqueles que tiveram o prazer de gozar do convívio com o Prof. Dirceu A. Velloso, entender a razão pela qual ele e Aoki privilegiavam a resistência de ponta, em detrimento do atrito lateral, tomando E2 = 2E1. Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.59 O próprio cone de Bengemann ao cravar a luva de atrito gera no anel inferior da luva (ressalto), também uma resistência de ponta e não somente por atrito/aderência lateral. Os cones elétricos da atualidade são lisos eliminando esta parcela da resistência de ponta gerada pelo anel inferior da luva. Os professores Dirceu e Nelson Aoki dirigiam tecnicamente a empresa Franki, líder na execução das estacas cravadas com bases energeticamente alargadas, garantindo assim uma melhor trasferencia de cargas para a ponta. Cristão fervoroso como era, por certo guardava o sábio conselho do apostolo Matheus : “Sabio foi aquele que construiu sua casa sobre rocha...”, isto é, “base das fundações em terreno firme”. (SPT = 20 ou mais). Roteiro de Cálculo step 1 . Com as características do solo obtem-se KPAV e KLAV, (ver Tab. 6.5.1.3) step 2 . Para obtenção de RL da estaca, soma-se os valores de RLi encontrados em cada camada. step 3 . Obtenção da Capacidade de Ponta RP Para se considerar o efeito do embebimento da ponta dentro da camada de apoio, bem como do efeito do bulbo de pressões abaixo da ponta, recomenda-se considerar para resistência da ponta RP, os valores médios obtidos ao nível da ponta, a um metro acima e a um metro abaixo. KPAV i = (KPAV i .N72i + KPAV (i – 1).N72(i -1) + KPAV (i+ 1). N72(i+1)) /3 Laudo de Sondagem Tipo da Estaca SPT Classificação do solo Comp. aproximado da estaca AL KPAV e KLAV EP e EL RLi = KLAV . N72. AL/EL AP RP = KPAV.N72.AP/EP RT = RL + RP 1 Tab. 6.5.1.3 Tab. 6.5.1 Esta- cas Cap 5 Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.60 Fig. 6.5.1.2 Fluxograma método Aoki/Velloso Para facilitar as metodologias dos cálculos, Berberian procurou, na medida do possível, homogeneizar e simplificar as fórmulas substituindo: K por KPAV e αααα.K por KLAV ficando então na forma final simplificada: RT = P 72 AV P E N K A P + L 72LAV L E N KA , resistência total admissível Tab. 6.5.1.3 Tabela Simplificada por Berberian (2013) Valores de KPAV e KLAV, Simplificados por Berberian (2013) segundo Aoki & Velloso, Laprovitera & Benegas e Monteiro Aoki/Velloso Laprovitera Monteiro 1975 1988 1997 SOLO KPAV KLAV KPLB KLLB KPM KLM 0 > OK RTa - Pilar Fim 1 aumentar comp. da estaca diminuir comprimento da estaca, procurando manter a ponta em camada com N72 > 25 >> 0 RL = ∑ n 1 EL AL . KLAV N72 Radm ≤ RrT/2 ≥ 0 Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.61 t/m² t/m² t/m² t/m² t/m² t/m² Areia ( Sand ) S 100 1,40 60 0,84 73 1,53 Areia Siltosa S3M, S4M, S5M, S6M,S7M 80 1,60 53 1,90 68 1,56 Areia Siltoargilosa 70 1,68 53 1,27 63 1,51 Areia Argilosa S3C, S4C, S5C, S6C, S7C 60 1,80 53 1,59 54 1,51 Areia Argilosiltosa SCM 50 1,40 53 1,48 57 1,65 SOLO KPAV KLAV KPLB KLLB KPM KLM t/m² t/m² t/m t/m² t/m² t/m² Silte ( Mó ) M 40 1,20 48 1,44 48 1,53 Silte Arenoso M3S, M4S, M5S, M6S, M7S 55 1,21 48 1,44 50 1,50 Silte Arenoargiloso 45 1,26 38 1,14 45 1,44 Silte Argiloso M3C, M4C, M5C, M6C, M7C 23 0,78 30 1,02 32 1,15 Silte Argiloarenoso MCS 25 0,75 38 1,14 40 1,32 SOLO KPAV KLAV KPLB KLLB KPM KLM t/m² t/m² t/m² t/m² t/m² t/m² Argila ( Clay ) C 20 1,20 25 1,50 25 1,37 Argila Arenosa C3S, C4S, C5S, C6S, C7S 35 0,84 48 1,92 44 1,40 Argila Arenosiltosa 30 0,84 30 1,35 30 1,14 Argila Siltosa C3M, C4M, C5M, C6M, C7M 22 0,88 25 1,37 26 1,17 Argila Siltoarenosa CMS 33 0,99 30 1,50 33 1,35 Tab. 6.5.1.4 Tabela Original Valores de αααα e K de Aoki / Velloso (1975) Aoki/Veloso `1975 Laprovitera 1988 Monteiro 1997 SOLO K t/m2 αααα adm K t/m2 αααα adm K t/m2 αααα adm Areia ( Sand ) S 100 0,014 60 0,014 73 0,021 Areia Siltosa 80 0,020 53 0,019 68 0,023 Areia Siltoargilosa 70 0,024 53 0,024 63 0,024 * Simbologia alfanumérica adotada por Berberian com base no Sistema Unificado de Classificação dos Solos. Cobre de forma mais abrangente os dados extraídos diretamente dos Laudos de Sondagens SPT, facilitando a transposição para os programas de computadores. Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.62 Areia Argilosa 60 0,030 53 0,030 54 0,028 Areia Argilosiltosa 50 0,028 53 0,028 57 0,029 SOLO K t/m2 αααα adm K t/m2 αααα adm K t/m2 αααα adm Silte ( Mó ) M 40 0,030 48 0,030 48 0,032 Silte Arenoso 55 0,022 48 0,030 50 0,030 Silte Arenoargiloso 45 0,028 38 0,030 45 0,032 Silte Argiloso 23 0,034 30 0,034 32 0,036 Silte Argiloarenoso 25 0,030 38 0,030 40 0,033 SOLO K t/m2 αααα adm K t/m2 αααα adm K t/m2 αααα adm Argila ( Clay ) C 20 0,060 25 0,060 25 0,055 Argilo Arenosa 35 0,024 48 0,040 44 0,032 Argila Arenosiltosa 30 0,028 30 0,045 30 0,038 Argila Siltosa 22 0,040 25 0,055 26 0,045 Argila Siltoarenosa 33 3,0 30 0,050 33 0,041 * Simbologia alfanumérica adotada por Berberian com base no Sistema Unificado de Classificação dos Solos. Cobre de forma mais abrangente os dados extraídos diretamente dos Laudos de Sondagens SPT, facilitando a transposição para os programas de computadores. A obtenção da parcela de ponta RP, é feita aplicando-se a fórmula: P 72AV PP E N . KP A= R Toma-se como área da ponta igual à área da projeção do fuste da estaca, como mostra a Fig. 6.5.2 step 4. Obtenção dos parâmetros EP e EL Os valores de EP e EL, foram obtidos pelos autores, com base na análise dos resultados de provas de carga sobre centenas de estacas. Vide Tab.6.5.1.5 Observa-se que para obtenção dos fatores EP e EL, extrapolou-se alguns resultados das provas de carga que não atingiram a rutura, empregando-se para tanto as recomendações da Van der Veen (1953). Tab. 6.5.1.5 Fatores da estaca EP e EL Aoki/Velloso (2010) e Vários Autores Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.63 Tipo de estaca Aoki Velloso Monteiro Laprovitera Berberian EP EL EP EL EP EL EP EL Franki de fuste apiloado 2,5 5,0 2,3 3,0 2,5 3,0 2,4 4,0 Franki de fuste vibrado - - 2,3 3,2 - - 2,4 4,2 Perfis metálicos cravados 1,75 3,5 1,75 3,5 1,7 3,0 2,0 3,2 Pré-moldada de concreto cravada a percussão 1+1,2D 2EP 2,5 3,5 2,0 3,5 1+1,25D 1,75 +2,19D Escavada mecan. sem lama e Velloso (1978) 3,0 2EP - - - - 4,0 4,6 Mega de concreto prensada - - 1,2 2,3- - 1+1,25D 1,75 +2,19D Escavada com lama bentonítica (Estacão) - - 3,5 4,5 4,5 4,5 3,5 5,0 Escavada (Barrete) 3,0 6,0 - - - 4,5 5,0 Raiz 2,0 2EP 2,2 2,4 - - 2,8 2,4 Strauss - - 4,2 3,9 - - 4,0 3,0 Solo.Cimento Plástico e Broca - - - - - 3,0 5,0 Hélice contínua, Ômega 2,0 2Ep 3,0 3,8 - - 3,0 3,8 Obs. D em metros - - step 5. Obtenção da carga admissível ou de projeto da estaca. Ver planilha 6.5.1.6 Em 1978 os valores para estacas escavadas foram readaptados por Velloso et al. Já as estacas raiz foram introduzidas no mercado das fundações por volta de 1970. As fundações em estacas HC (CFA) hélice contínua e Omega, vieram mais tarde. Magalhães (1994), Raposo e Salem (1999) reavaliaram este método para estas novas estacas. Sugeriram FP=2 e FL=4 (FL=2FP) apresentando resultados razoáveis, prudentemente um pouco conservativos, para as estacas raiz, hélice e ômega. 6.5.2 MÉTODO 02: Contribuição de Laprovitera e Benegas (1997) Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.64 Laprovitera (1988) e Benegas (1993), em sua tese de mestrado, retroanalisando perto de 200 provas de carga em estacas pertencentes ao Banco de Dados compilados pela COPPE-UFRJ apresenta novos valores para os parâmetros componentes do método Aoki/Velloso. Tab. 6.5.5 e Tab. 6.5.8. Pontos a ponderar Os trabalhos de Laprovitera e Benegas representam um terceiro ajuste e podem ser considerados um avanço ao método proposto por Aoki & Velloso (1975) e Velloso (1978). Os autores ultilizaram os valores de K e α já modificado por Danziger (1982) Laprovitera interpolou os valores de K e α para completar a lista de solos ainda não avaliados por Danziger. Procurando aumentar a precisão nas previsões das capacidades de cargas dos diversos tipos de estacas, do banco de provas da COPPE, não se manteve a relação F2 = 2F1 ( EL = 2EP) original de Aoki & Velloso Condicionantes 1. Para a previsão da resistência de ponta adotou-se a media dos N72 tomando 1 diâmetro da estaca para cima e 1 para baixo, ou no mínimo 1m acima e 1m abaixo. 2 Ni+Ns N =72 Berberian (2013) recomenda 2 Ki.Ni+Ks.Ns N =K.72 , para o caso de mudança do tipo do solo e consequentemente de K e não somente o SPT, na faixa de 1m para cima e para baixo. 2. N72 ≤ 50 Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.65 INFRASOLO / FUNDEX OBRA: N°: Tipo de Estaca: Nº da Estaca: AL: m²/metro Ap : m2 Dtabela: m Dcalculo : m Comp. mínimo do Fuste ZF : m Furo Sond. + Próximo (m) SPT à m da estaca KPAV (adm) = KLAV (adm) = Carga máx. [concreto] / ideal : t Carga de Projeto : t Carga Rutura da Prova, se houver : t Aoki/Velloso Decourt / Quaresma A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S C a m a d a P r o f . Z ( m ) N 7 2 E s p e s s u r a c a m a d a Solo Berber. KPAv (t/m²) KLAv (t/m²)) RLa (t) ∑∑∑∑RL (t) RPa (t) RTa (t) E s t a c a KLDQ (t/m²) RLa (t) ∑∑∑∑RLa (t) KPDQ (t/m²) RP a (t) RTa (t) E s t a c a 1 2 3 Aoki / Velloso, Berberian RT = RP+RL RPa = kPAV.N72 AP / 2.EP RLa = kLAV N72 AL /2.EL Radm= Rr/2 KPAv, KLAv,EP ,EL Tabelados Décourt /Quaresma RT = RL + RP RLa = (SPT / 3 + 1) kLDQ . AL/1,3 RPa = kPDQ . N72 . AP/4 Para estacas pré-moldadas KL, KP = 1.0 para todos os solos kLDQ, kPDQ EL, EP Tabelados , 6 .6 3 C ap .6 M étod os : A oki / V elloso : D eco u rt / Q ua resm a : P ed ro P a ulo C . V elloso Tab. 6.5.1.6 Planilha de cálculo para o método Aoki/Velloso e Décourt/Quaresma, Berberian e Monteiro Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.66 Tab.6.5.2.1 Tabela Original: Valores de KPLB e KLLB Laprovitera (1988) Tipo de Solo Classificação KPLB (t/m2) KPLB (k/cm2) α (adm) AREIA S 60 6,0 0,014 Areia Siltosa S5M 53 5,3 0,019 Areia Silto Argilosa S5M5C 53 5,3 0,024 Areia Argilo Siltosa S5C5M 53 5,3 0,028 Areia Argilosa S5C 53 5,3 0,030 SILTE M 48 4,8 0,030 Silte Arenoso M5S 48 4,8 0,030 Silte Areno Argiloso M5S5C 38 3,8 0,030 Silte Argilo Arenoso M5C5S 38 3,8 0,030 Silte Argiloso M5C 30 3,0 0,034 ARGILA C 25 2,5 0,060 Argila Arenosa C5S 48 4,8 0,040 Argila Areno Siltosa C5S5M 30 3,0 0,045 Argila Silto Arenosa C5M5S 30 3,0 0,050 Argila Siltosa C5M 25 2,5 0,055 6.5.3 MÉTODO 03: Contribuição de Monteiro (1997) Utilizando o banco de dados e a experiência da empresa Estacas Franki Ltda, Monteiro estabeleceu novas correlações para KLM e KPM Tab. 6.5.1.3 e também para EP (F1) e EL (F2) Tab. 6.5.3.1 Tab 6.5.3.1 Tabela Original: Valores de KPM e KLM Monteiro (1997) USCS Berberian Tipo de solo KM α (adm) (t/m²) S S Areia 7,3 0,021 SM S5M Areia siltosa 6,8 0,023 SMC S5M5C Areia silto-argilosa 6,3 0,024 SCM S5C5M Areia argilo-siltosa 5,7 0,029 SC S5C Areia argilosa 5,4 0,028 MS M5S Silte arenoso 5,0 0,030 MSC M5S5C Silte areno-argiloso 4,5 0,032 M M Silte 4,8 0,032 MCS S5C5S Silte argilo-arenoso 4,0 0,033 MC M5C Silte argiloso 3,2 0,036 CS C5S Argila arenosa 4,4 0,032 CSM C5S5M Argila areno-siltosa 3,0 0,038 CMS C5M5S Argila silto-arenosa 3,3 0,041 CM C5M Argila siltosa 2,6 0,045 C C Argila 2,5 0,055 Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.67 Pontos a ponderar O valor 7B acima da base parece ser um pouco exagerado. É fácil entender a razão pela qual Monteiro optou por este valor (7B). Monteiro é oriundoda empresa Estacas Franki que desenvolveu e executou dezenas de milhares destas estacas, que alem de possuir base alargada energeticamente compactada, e cravada produzindo uma melhoria do solo adjacente, acentuadamente na região da ponta. Este solo de elevada compacidade, produzira uma rutura generalizada. É fácil entender que em solos menos consistentes (SPT≤ 14) a rutura se dara por puncionamento, simplesmente recompactando o solo abaixo da ponta, fato inclusive predominante nas estacas escavadas. Como a ideia tem sustentação técnica, e preciso pesquisar a relação entre o método de execução da estaca, o tipo de solo e o SPT, para então sugerir novos valores para a espessura da cunha superior de rutura. Condicionantes 1. Para o cálculo da resistência de ponta rP, a parcela acima (rPS) deverá ser 7 vezes o diâmetro da base e a parcela abaixo (rPi) 3,5 vezes o diâmetro da base (Fig 6.5.3.1). O valor total a ser adotado será: rP = (rPs + rPi) / 2 Então teremos: KPM N72 = RP= A .E 2 i PN .k MP Ni . K+ss P 2. valor de N é limitado a 40. N72 ≤ 40 6.5.4 MÉTODO 04 : Décourt Quaresma (1986) Décourt e Quaresma apresentaram em 1982 um artigo técnico ao VI congresso brasileiro de Mec dos Solos, um método para estimar a capacidade de carga de estacas a partir do SPT (N72) O método Décourt / Quaresma (1986) e Décourt (1986) está dentro do grupo de métodos semi.empíricos por não estar ligado a nenhuma base teórica ou paramétrica. rPs rPi Fig. 6.5.3.1 Adoção do SPT médio Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.68 Em 1986 Décourt recomenda em comunicação ao Instituto de Engenharia, novos valores para o calculo da parcela de ponta das estacas escavadas com lama bentantica ( Estações, e estacas barretes). Pontos a ponderar Estacas calculadas somente com base no SPT, apoiado na experiência de Decourt e Quaresma, tem quando comparado com provas de carga, apresentando resultados bastante satisfatórios. Este método também considera válida a superposição das parcelas de ponta e lateral. Décourt considera na análise original, a estaca padrão de deslocamento (pré moldada, Frank, etc) R P R LT RR r R += Sendo, 4,0 R +1,3 R = R R P R La T RL = rL . AL e RP = rp . AP RP = KN72 AP rL = SPT + 1 em t/m² rL =10 ( SPT + 1) em KN/m² , 3 3 Considerando-se que ao se tomar o SPT como a media dos três valores, e considerando que a sondagem é, portanto o tipo de solo bem como o SPT podem variar de metro em metro, Berberian (2012) acredita que a media do produto KN,seria mais racional, apesar de que deve-se manter o método na sua forma original, ate porque ele funciona bem. Condicionantes 1. Este método é aplicável a qualquer solo 2. NL entre 3 ≤ N72 ≤ 15 para estacas Escavadas Rotativas, Strauss e Tubulões NL entre 3 ≤ N72 ≤ 50 para estacas de deslocamento, Pré-moldada, Franki etc. Decourt (1992) 3. NL Valor médio do N72 ao longo do fuste ou de cada camada, se o cálculo for feito por camada. não levar em conta em NL os valores utilizados na estimativa da resistência de ponta, ou seja no ultimo metro. 4. NP Idem, média dos valores do SPT ao nível da ponta, 1,0m acima e 1,0m abaixo. para estacas em geral, que não seja pré-moldadas, aplica-se os coeficientes α na resistência de ponta e β na resistência lateral unitário. RaT ≤ RCONC RaT ≤ RrT / 2 Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.69 O método original Decourt e Quaresma, assumiriam na rutura o seguinte formato Rr = α rP AP + β rl ∆L Rar = α KNP AP / 4 + 10 β (NL / 3 + 1) ∆L / 1,3 Na unidade de K Berberian (2014), procurando uniformizar e simplificar os cálculos, recomenda fazer: α . K = KPDQ e 10 β = KLDQ em KN / m2 (KPa) ou em Kg/ cm2 , na unidade de KPDQ e KLDQ rL . kg/cm ² Atrito unitário lateral SPT médio de três valores: ao nível da ponta da estaca (imediatamente acima e imediatamente abaixo). Rp . t Carga de rutura do solo na ponta da estaca. rp . k/cm² Tensão de rutura ao nível da ponta. Quando a rutura não é claramente definida, considera-se a rutura convencional, definida como sendo a carga que produz um recalque vertical no topo das estacas igual a 10% do seu diâmetro quando cravadas (de deslocamento). No caso de estacas escavadas (sem deslocamento) considera-se 10% para estacas em argilas e 30% em areias. Décourt (1996) Fórmula Geral RTa = KPDQ. N72 . Ap /4 + KLDQ (N72 / 3 + 1) AL / 1,3 Tab 6.5.4.1 Valores de KLDQ e KPDQ: Método de Décourt/Quaresma (1982) em t/m² Para estacas pré-moldadas todos KP = KL= 1.0 t/m2 Solo Berb Pré Moldada t/m2 Escavada em Geral Straus Tub Escavada com Betonita Hélice Cont Raiz* Micro - Estacas Solo Cimento Plástico KPDQ KLDQ KPDQ KLDQ KPDQ KLDQ KPDQ KLDQ KPDQ KLDQ KPDQ KLDQ KPDQ = αααα .k t / m2 Todas as Areias e/ou solos granulares KLDQ = β t / m2 S 40 20 0,5 20 0,6 12 1 20 1,5 40 3 - - Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.70 Todos os Siltes Argilosos e/ou solos intermediários MC 20 10 0,65 15 0,75 6 1 15 1,5 25 3 15 0,6 Todos os Siltes Arenosos e/ou solos intermediários MS 25 13 0,65 13 0,75 8 1 13 1,5 25 3 15 Todas as Argilas e/ou solos coesivos C 6 0,8 6 0,9 4 1 10,2 1,5 12 3 10,2 0,8 Laudo de Sondagem Tipo da Fundação SPT e Classif. Solo AL kP , KL N72 = 50 N72 < 3 RL = 1 n ∑ KLDQ( 1 + 3N72 )AL RP = KPDQN72.AP Rr = RL + Rp OK 1 Tab. 6.5.4.1 Tab. 6.5.4.1 Fig. 6.5.2 aumentar comp. da estaca = 0 Start Agrupar o terreno em camadas de iguais SPT e de mesmo Solo Estimar Comprimento da Fundação Ra - Pobra N72 ≤ 3 N72 ≥ 50 4 R + 1,3 R = R PaT L 2 Rr Ra ≤ 0 > NÃO SIM NÃO SIM Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.71 Fig. 6.5.4.2 Fluxograma para o método Decourt/Quaresma 6.5.5 MÉTODO 05 : contribuição de Berberian – vários tipos de solo RT = RP + RL onde, RT . t Carga de Rutura da Estaca (sob o ponto de vista geotécnico) RP . t Carga de Rutura da Ponta Substituindo e Simplificando RL . t Carga de Rutura Lateral KLDB =α.K e KPDB =K EP .NP AP=RP 72DBK Como FS(=2) é uma constante EL .NL AL=RL 72 DBK pode-se incorporar FS a KL e KP AP . m² Área da ponta oubase da estaca N72 .adm Número de golpes necessários à cravação de 30 cm do amostrador padrão SPT. Ver Berberian (1986). Neste Método N72 ≤ 40 KPDB. t/m² Coeficiente de correlação entre a resistência de ponta Rp do Cone (Diepsonderingen) e o número de golpes SPT, Sanglerat (1965) e Berberian (1986), dado na Tab. 6.5.5.1 KLDB . adm Fator de correlação entre a resistência de ponta, resistência lateral e o tipo de solo, Bengemam (1965), dado na Tab. 6.5.5.1 EP, EL adm Fatores de correção devido ao efeito da escala, e do processo construtivo gerado pela diferença entre as geometrias do Cone e da Estaca Menzenbach (1961) e Schenk (1966). Tab. 6.5.1.5 AL . m² Área lateral da estaca em cada camada, ou por metro de estaca. Assim sendo a Capacidade de Carga da Estaca admissível já embutido o fator de segurança 2,0 pode ser dada por: LL L 72KLPP P 72KPa T AE.2 N . DB + AE.2 N . DB =R Pontos a ponderar 1. A carga admissível da estaca ou seja, aquela a ser utilizada no 1 Diminuir comp. da estaca; Recomenda-se ponta em camada com SPT ≥ 25 END < 0 Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.72 projeto, será obtida aplicando-se a carga de rutura Rr, um fator de segurança. Ra = Rr / FS , o autor recomenda FS = 2,0, já considerado em RaT Condicionantes 1. Nas estacas escavadas limita-se conforme a norma NBR 6122/2010 a resistência de ponta Rp ≤0,20 Rt (Strauss, Escavada Rotativa, Helice Continua, Raiz, Broca, Solo-Cimento Plastico) 2. SPT ≤ 50 3. Considerando-se que a camada superficial de um terreno é fraca, ou é aterro ou ainda é muito perturbada pela execução da mezoestrutura (bloco e cintas), Berberian despreza para efeito de calculo da parcela lateral o primeiro e o ultimo metro da estaca 4. Em solos consistentes e ou compactados (SPT>15), recomenda-se desprezar o ultimo metro da estaca, no calculo da parcela lateral quando as estacas forem de grande deslocamento ( Franki, Pré- moldadas, Mega de concreto, etc...) 5. Para o caso de estacas de grande desclocamento (Franki, Pré- moldadas, Mega etc.. cravadas em terrenos resistentes (N72 ≥ 15) adotar: KPDB.NP Como sendo a media dos três valores: no nível da ponta, um metro acima e um metro abaixo. NL Desprezar na contribuição do atrito lateral, no primeiro metro e no ultimo,onde já foi considerada a parcela da resistência de ponta. Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.73 Tab. 6.5.5.1 Valores de KPDB e KLDB segundo Berberian, kBASE para sapatas e Tubulõ (1 t/m2 = 0,1kg/cm2 = 10 kPa) SOLO *Clas Berb. Clas Berb. Clas USCS KPDB t/m2 KLDB t/m2 kBERB Kg/cm2 Areia ( Sand ) S 1 S 100 1.40 5,6 Areia Mto Pouco Siltosa S3M 2 SM 80 1.28 5,3 Areia Pouco Siltosa S4M 3 SM 84 1.51 6,2 Areia Siltosa S5M 4 SM 80 1.60 6,3 Areia Muito Siltosa S6M 5 SM 75 1.65 6,1 Areia Silto Argilosa SMC 6 SMC 70 1.68 6,1 Areia Mto Pouco Argilosa S3C 7 SC 60 1.68 6,4 Areia Pouco Argilosa S4C 8 SC 58 1.62 5,6 Areia Argilosa S5C 9 SC 60 1.80 6,6 Areia Muito Argilosa S6C 10 SC 50 1.50 8,1 Areia Argilo Siltosa SCM 11 SCM 50 1.40 6,6 SOLO *Clas Berb. Clas Berb. Clas USCS kPDB t/m2 KLDB t/m2 kBERB Kg/cm2 Silte ( Mó ) M 12 M 40 1.20 5,6 Silte Muito Pouco Arenoso M3S 13 MS 45 1.26 4,4 Silte Pouco Arenoso M4S 14 MS 50 1.25 5,3 Silte Arenoso M5S 15 MS 55 1.21 6,1 Silte Muito Arenoso M6S 16 MS 60 1.20 5,3 Silte Areno Argiloso MSC 17 MC 45 1.26 6,0 Silte Muito Pouco Argiloso M3C 18 MC 38 1.14 5,6 Silte Pouco Argiloso M4C 19 MC 30 0.96 6,4 Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.74 Silte Argiloso M5C 20 MC 23 0.78 5,7 Silte Muito Argiloso M6C 21 MC 20 0.72 6,7 Silte Argilo Arenoso M5C5S 22 MCS 25 0.75 5,8 SOLO * Clas Berb. Clas Berb. Clas USCS kPDB t/m2 KLDB t/m2 kBERB Kg/cm2 Argila ( Clay ) C 23 C 20 1.20 6,8 Argila Mto Pouco Arenosa C3S 24 CS 25 1.20 5,4 Argila Pouco Arenosa C4S 25 CS 30 1.08 5,7 Argila Arenosa C5S 26 CS 35 0.84 5,5 Argila Muito Arenosa C6S 27 CS 40 0.56 6,0 Argila Areno Siltosa C5S5M 28 CSM 30 0.84 5,3 Argila Mto Pouco Siltosa C3M 29 CM 20 1.04 6,3 Argila Pouco Siltosa C4M 30 CM 21 0.96 5,7 Argila Siltosa C5M 31 CM 22 0.88 6,5 Arila Muito Siltosa C6M 32 CM 23 0.78 6,7 Argila Silto Arenosa Turfa CMS Pt 33 34 CMS Pt 33 00 0.99 0.0 5,9 0,0 * Simbologia alfanumérica adotada por Berberian com base no Sistema Unificado de Classificação dos Solos. Cobre de forma mais abrangente os dados extraídos diretamente dos Laudos de Sondagens SPT, facilitando a transposição para os programas de computadores. ** Simbologia numérica adotada por Aoki / Velloso 6.5.6 MÉTODO 06: Teixeira (1996) Teixeira propõe também um método de calculo da capacidade de carga de estacas cuja formulação apresenta a mesma formatação dos métodos anteriores: R = RP+RL = KPTx .NP . AP + KLTx . NL. U.L Sendo, NP .adm SPT médio abaixo da ponta da estaca NL .adm SPT médio ao longo do comprimento da estaca ou em cada camada se o calculo da parcela lateral RL for por camada. KPT (Antigo β) Coeficiente Fator de resistência de ponta que depende do tipo de solo e da estaca Tab. 6.5.6.3 KLT (Antigo α )Fator de resistência lateral que depende somente do tipo da estaca e independe do tipo do solo Tab. 6.5.6.1 Tab. 6.5.6.1 Valores do parâmetro KLT Teixeira (1996) Tipos de estaca KLT (KPa) Pré moldada e perfil metálico 4 Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.75 Franki 5 Escavadas a ceu aberto (tubulões, Strauss) 4 Raiz 6 Tab. 6.5.6.2 Valores de atrito lateral rL Sedimento rL (Ka) Argila fluviolagunar (SFL)* 20 a 30 Argila transicional (AT)* 60 a 90 *SFL: argilas fluviolagunares e de baías, olocênicas - camadas situadas até cerca de 20 a 25 m de profundidade, com valores de Nspt inferiores a 3, de coloração cinza-escura, ligeiramente pré-adensada. **AT: argilas transicionais, pleistocênicas -camadas profundas subjacentes ao sedimento SFL, com valores de Nspt de 4 a 9, as vezes de coloração cinza-clara, com tensões de pré- adensamento maiores do que aquelas das SFL Os valores de KLT apresentado na Tab. 6.5.6.1 não se aplica a estacas pré-moldadas de concreto flutuantes (transferem carga predominantemente por atrito lateral) implantadas em espessas camadas de argilas moles sensíveis (S) com SPT menores que 3. Tab. 6.5.6.3 Valores do parâmetro KPT (Kpa) Método Teixeira (1996) Solo (Kpa) Tipo de estacaPré- moldada e perfil metálico Franki Escavas a céu aberto (4<Nspt<40) Argila siltosa 110 100 100 Silte argiloso 160 120 110 Argila renosa 210 160 130 Silte arenoso 260 210 160 Areia argilosa 300 240 200 Areia siltosa 360 300 240 Cap.6 Métodos : Aoki / Velloso : Decourt / Quaresma : Pedro Paulo C. Velloso 6.76 Areia 400 340 270 Areia com pedregulho 440 380 310 6.5.7 MÉTODO 07 : Pedro Paulo Costa Velloso O autor presta aqui sua homenagem ao excelente professor que foi Pedro Paulo, reunindo ao longo de sua carreira na PUC/RIO, capacidade esmerada técnica e invejável didática alem de ser generoso como cidadão construindo um batalhão de admiradores e amigos-seus alunos. Pontos a ponderar 1. Ver pagina 6.63 2. Calcular a parcela por atrito lateral em cada camada, de espessura ∆L 3. Berberian caracteriza uma camada como sendo aquela que apresenta aproximadamente aproximadamente o mesmo SPT e qc (Cone holandês mecânico de Bengeman)
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