Artigos científicos para auxilo de TCC - Mecanica dos solos

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Estudo Comparativo entre Ensaio de Carga Dinâmica e Carga 
Estática de Projeto : Estudo de Caso 
 
Wandemyr Mata dos Santos Filho, MSc 
Departamento de Engenharia Civil - UNAMA – Universidade da Amazônia AlphaGeo Fundações 
Ltda– Belém, Pará, Brasil 
 
João Franco Filho 
Engenheiro Civil – Universidade da Amazônia – Belém, Pará, Brasil 
 
Bárbara Caluff Rodrigues 
Engenheiro Civil – Universidade da Amazônia – Belém, Pará, Brasil 
 
RESUMO: Através de Prova de Carga Dinâmica, foram analisadas 5 (cinco) estacas pré- moldadas 
em perfil metálico de um edifício residencial de 29 pavimentos na cidade de Belém/PA, executadas 
em solo bastante heterogêneo, constituído basicamente de argila silto arenosa e areia silto argilosa, 
sendo o primeiro material predominante no perfil geotécnico. Os resultados obtidos nas Provas de 
Carga Dinâmica foram confrontados com a capacidade de carga estática de projeto obtida através de 
métodos Semi–Empíricos de previsão capacidade de carga e também com resultados obtidos em 
formulações dinâmicas. 
PALAVRAS-CHAVE: Perfil metálico, Prova de Carga Dinâmica, Análise de dados. 
 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Com o passar dos anos e fomentado pelo avanço 
da tecnologia, as edificações estão se tornando 
cada vez maiores e mais dispendiosas, inclusive 
sendo feitas em terrenos de baixa qualidade. Para 
que tais construções permaneçam estáveis são 
necessárias fundações competentes e leves, o 
que aumentou a procura por fundações 
metálicas. Há casos também em que pequenas 
edificações necessitam de fundações profundas 
por situarem-se em área de solos de baixa 
resistência. As estacas metálicas são ideias para 
quase todos os tipos de solo, uma vez que se 
adequam a viabilidade de cada terreno. 
(VÁRIOS AUTORES, 1998). 
 Embora o custo de estacas metálicas ainda 
seja relativamente alto comparado com os outros 
tipos de estacas, em várias situações o uso se 
torna economicamente viável pois é possível 
atender várias fases da construção além de 
permitir cravação fácil, de baixa vibração, 
trabalhando bem à flexão e não apresentando 
problemas maiores quanto à manipulação, 
transporte, emendas ou cortes. (VÁRIOS 
AUTORES, 1998). 
 A redução do tempo de construção também é 
um fator que leva muitos engenheiros a optarem 
pelas estacas metálicas, uma vez que é possível 
a fabricação da estrutura em paralelo com a 
execução das obras de fundação, montagem e 
concretagem de lajes. O processo de cravação é 
simples, rápido e extremamente eficiente, além 
de que há vantagem no peso das peças, que por 
serem leves e terem comprimento padrão 
facilitam a logística e armazenamento. 
 A cidade de Belém por ser uma área de 
formação geológica sedimentar, encontra-se em 
sua maior parte sob uma grande camada de 
material argiloso, caracterizando solo de baixa 
resistência (SALAME, 2006). Devido a este 
fato, existem muitos casos de construções de 
pequeno porte, até mesmo casas, que necessitam 
de fundações profundas. A estaca metálica pré-
moldada é uma alternativa geotécnica que vem 
sendo bastante utilizada afim de solucionar esse 
contratempo no centro de Belém. 
 Atualmente já podemos observar uma grande 
evolução nas estruturas metálicas. Máquinas 
foram aperfeiçoadas através da utilização de 
controles numéricos e computadores. Os nossos 
aços estruturais evoluíram, as opções de 
composição e resistência aumentaram. A nossa 
tecnologia de solda e os parafusos de alta 
resistência atingiram os maiores índices de 
qualidade, comparáveis aos padrões 
internacionais. (ANDRADE, 1999). Atualmente 
muitos engenheiros estão começando a se 
dedicar às estruturas metálicas, pois já uma 
consciência técnica disposta a enfrentar a 
construção metálica de edifícios de andares 
múltiplos (para edifícios industriais não existem 
mais dúvidas a respeito). 
 Com o avanço das técnicas de execução de 
fundações e devido ao grau de responsabilidade 
de certas obras, tornou-se essencial uma 
melhoria nas técnicas de monitoração, visando a 
obtenção de informações melhores e mais 
precisas durante as cravações, possibilitando um 
controle mais adequado às novas necessidades. 
 O controle de campo da capacidade de carga 
pode ser realizado através de provas de carga 
estáticas, controle pela “nega”, controle pelo 
repique e o controle por instrumentação 
dinâmica. Nesse contexto, o monitoramento e o 
controle de fundações profundas através do uso 
de um adequado sistema de instrumentação, 
aquisição e interpretação de dados, 
desempenham um papel fundamental na 
avaliação do comportamento destas estruturas, 
notavelmente durante a fase de execução. O 
Ensaio de Carregamento Dinâmico (ECD), 
baseado na análise de cravação de estacas através 
de instrumentação e fundamentado na teoria da 
equação da onda (Smith, 1960), objetiva 
determinar a capacidade de carga da interação 
estaca-solo. Fornece informações a respeito da 
integridade da estaca, do deslocamento máximo 
e das tensões máximas de compressão e de tração 
durante o golpe, dentre outros subsídios. 
 A evolução dos equipamentos eletrônicos de 
medição e dos computadores digitais fez com 
que as monitorações ganhassem muito em 
precisão e agilidade, permitindo que modelos 
complexos para a representação do 
comportamento da estaca e do solo durante a 
cravação fossem adotados. 
 
 
2 IDENTIFICAÇÃO E CLASSIFICAÇÃO 
DOS SOLOS 
 
2.1.3 – Investigação geotécnica da área estudada 
 
 A área de estudo e destinada ao 
empreendimento é provida de 4 (quatro) 
sondagens SPT. As estacas selecionadas pelo 
projetista e consultor da fundação para a 
realização das Provas de Carga Dinâmicas 
estavam situadas entre as prospecções SP-03 e 
SP-04. As sondagens SPT SP-03 e SP-04 
atingiram as profundidades de 41,45 metros e 
40,45 metros, respectivamente. Ambas as 
investigações apresentaram um perfil geotécnico 
constituído em sua maior parte por argila silto 
arenosa de cor cinza, com camadas intervalares 
de areia siltosa em profundidades variadas. Os 
estudos geotécnicos foram concluídos, em uma 
camada de areia silto argilosa de cor cinza. 
 
 
Figura 1 - Sondagem SP-03 – folha 01 
Fonte: WS Geotecnia 
 
Figura 2 - Sondagem SP-03 – folha 02 
Fonte: WS Geotecnia 
 
3 METODOLOGIA APILCADA 
 
Foram realizadas 5 (cinco) provas de carga 
dinâmica, escolhidas pelo projetista e consultor 
da fundação, a Figura A mostra a localização das 
estacas nos seus respectivos blocos de 
coroamento. As estacas eram compostas de 4 
(quatro) perfis metálicos (fabricação GERDAU), 
sendo o primeiro a ser cravado do tipo HP 310 x 
79,0 e os demais HP 310 x 93,0. O objetivo 
principal da realização dos ensaios foi a 
verificação da capacidade de carga e integridade 
das mesmas. A capacidade de carga de projeto 
das estacas era de 1900 kN. 
 
 
Figura 3 - Área de estudo Fonte: google maps 
 
Figura 4 - Imagem do Edf. Ville Trois 
 
 A construção que será realizada na área de 
estudo trata-se de uma estrutura de concreto 
armado convencional, constituída por pilares, 
vigas e lajes e um total de 29 pavimentos. A 
fundação da torre do empreendimento foi 
executada com estacas pré- moldadas metálicas. 
 O projeto possuía um total de 89 (oitenta e 
nove) estacas, com profundidade estimada de 42 
a 48 metros, sendo elas de três tipos: 
• 4 estacas com perfil W 200x35,9 para suportar 
até 50 tf; • 7 estacas com perfil HP 310x79,0 para 
suportar até 140 tf; • 78 estacas com 1 perfil HP 
310x79,0 e 3 perfis HP 310x93,0 para suportar 
até 190 tf. 
 A figura a seguirmostra simplificadamente o 
projeto de fundação da torre. 
 
 
Figura 5: Projeto simplificado de fundação da torre. Fonte: 
CBM – Construtora Bruno Mileo 
 
 Foram realizadas 5 (cinco) provas de carga 
dinâmica, escolhidas pelo projetista e consultor 
da fundação, a Figura 6 mostra a localização das 
estacas nos seus respectivos blocos de 
coroamento. As estacas eram compostas de 4 
(quatro) perfis metálicos (fabricação GERDAU), 
sendo o primeiro a ser cravado do tipo HP 310 x 
79,0 e os demais HP 310 x 93,0. O objetivo 
principal da realização dos ensaios foi a 
verificação da capacidade de carga e integridade 
das mesmas. A capacidade de carga de projeto 
das estacas era de 1900 kN. 
 
Figura 6: Localização das estacas ensaiadas Fonte: CBM – 
Construtora Bruno Mileo 
 A figura 7 demonstra o posicionamento da 
instrumentação nos “prolongamentos” de cada 
estaca, tomando como partida o nível do terreno 
(N.T.). 
 Em seguida, a instrumentação era conectada 
por meio de cabos a um analisador de cravação 
de estacas (Pile Driving Analyser – PDA) do 
modelo PAX, fabricado pela Pile Dynamics Inc. 
(PDI). A figura 8 mostra o equipamento utilizado 
sendo manuseado. 
 
 
Figura 7: Instrumentação concluída 
 
 
Figura 8: PDA sendo manuseado 
 
Para a realização das Provas de Carga Dinâmica 
foi utilizado um bate – estaca de queda livre com 
plataforma sobre rolos, semelhante ao utilizado 
para a cravação das estacas, o mesmo possui 
martelo de 29 kN. Como sistema de 
amortecimento, o capacete metálico do bate – 
estaca possuía cepo de madeira com 20 cm.. As 
Provas de Carga Dinâmicas foram realizadas 
com energia crescente, ou seja, a altura de queda 
do martelo era aumentada a cada golpe que o 
mesmo aplicava sobre a estaca. A tabela 1 
apresenta alguns dados referentes à realização 
dos perfis metálicos. 
 
 
 
Tabela 1. Dados referentes à realização das provas de 
carga dinâmica 
 
 
4 APRESENTAÇÃO DE RESULTADOS 
 
4.1 – Dados Obtidos pelo Método CAPWAP 
 
Durante a realização das Provas de Carga 
Dinâmica, o PDA processa os dados obtidos 
através da instrumentação no fuste da estaca, 
porém o Jc (fator de amortecimento dinâmico do 
solo) utilizado durante o ensaio foi arbitrário. Os 
dados obtidos foram analisados pelo método 
CAPWAP, onde o Jc foi reajustado, chegando a 
resistências máximas mobilizadas mais 
coerentes. A tabela 2, mostra os dados obtidos já 
analisado pelo método CAPWAP para o caso da 
estaca P08-54. 
 
Tabela 1. Dados da estaca P08-54 
 
 
 Através dos dados obtidos pelo PDA e 
analisados pelo método CAPWAP, é possível 
determinar as curvas de resistência mobilizada 
(RMX) versus o deslocamento máximo de cada 
golpe (DMX). A figura 9 representa a curva 
RMX x DMX da estaca ensaiada P08-54, e a 
figura 10 apresenta todas as curvas juntas. 
 
Figura 9: Curva Resistência x Deslocamento da Estaca 
P08-54 
 
Figura 10: Curva Resistência x Deslocamento de todas as 
estacas ensaiadas 
 
4.2 - Simulação de Prova de Carga Estátiva 
 
O método de análise CAPWAP é capaz de 
simular prova de carga estática, 
consequentemente elaborando uma curva carga 
x recalque. Nas figura 11 é apresentada a 
simulação de uma das estacas ensaiadas, 
correspondente a estaca P08-54. A linha 
contínua representa o comportamento da região 
onde houve a instrumentação no fuste da estaca, 
enquanto que a linha tracejada representa o 
comportamento da ponta da estaca. 
 O método de análise CAPWAP calcula a 
carga e o recalque resultante no topo para cada 
carga incremental na ponta. Considerando a 
elasticidade do solo, da estaca, velocidade de 
deslocamento da estaca nula em relação ao solo. 
Após um período de repouso após a cravação, o 
comportamento registrado pode ser diferente, 
uma vez que a simulação é feita no momento do 
ensaio. 
 
Figura 11: Simulação de Prova de Carga Estática da estaca 
P08-54 Fonte: FUGRO IN SITU, 2012 
 
4.3 - Gráfico de Nega X Deslocamento 
 
Durante a execução das Provas de Carga 
Dinâmica com Energia Crescente, foi registrado 
através do PDA (Pile Driving Analyzer) valores 
de deslocamento máximo a cada golpe, também 
foram registrados medições de nega com a 
utilização de papel e caneta. A figura 12 
apresenta todos os gráficos reunidos. Os quais 
demonstram os valores de nega obtidos a cada 
golpe versus os valores dos deslocamentos 
máximos 
 
 
Figura 12: Gráfico de Nega x Deslocamento de todas as 
estacas ensaiadas 
 
5 Considerações Finais 
 
Na figura 13, são feitas comparações entre a 
capacidade de carga estática de projeto obtida 
através de métodos semi-empiricos, as 
formulações dinâmica de Janbu e 
Dinamarqueses e as resistências máxima 
mobilizadas obtidas através do método 
CAPWAP. De todas as etacas ensaiadas 
 
 
Figura 13: Comparação entre resultados de todas as estacas 
 
 Com o término desta pesquisa, as seguintes 
sugestões podem ser propostas para pesquisas 
futuras, tais como: 
• Realizar estudos aprofundados com os dados 
obtidos pela análise CAPWAP, detalhando a 
mecânica das ondas e suas derivações; 
• Estudar a influência do pré-furo que foi 
executado em duas das cinco estacas ensaiadas; 
• Estudar o efeito set-up; • Redimensionar a 
fundação com coeficiente de segurança 
reduzido. 
 Após análise dos dados obtidos em campo e 
analisado pelo método CAPWAP, 
às seguintes conclusões foram obtidas: 
• Todos os resultados foram considerados 
satisfatórios, comprovando a qualidade e 
confiabilidade do estaqueamento; 
• As cargas mobilizadas pela Prova de Carga 
Dinâmica foram maiores que a carga estática de 
projeto; 
• Os gráficos de Força Medida e Força Calculada 
obtiveram uma sobreposição satisfatória, 
comprovando a eficiência dos métodos de 
análise; 
• O martelo de queda-livre utilizado mobilizou 
cargas satisfatórias, porém as mesmas poderiam 
ser mais elevadas caso o equipamento possuísse 
um martelo maior; 
• Os gráficos de Nega x DMX mostraram que as 
estacas com maior tempo de cravação 
possuem melhor correlação que as estacas de 
cravação mais recentes; 
• Controles de cravação por nega e formulações 
dinâmicas mostraram-se eficientes e confiáveis 
neste estudo de caso; 
• Através de todos os ensaios com energia 
crescente analisado pelo método CAPWAP, 
conclui-se que a Prova de Carga Dinâmica é uma 
boa opção para verificar o comportamento de 
estacas; 
• Devido a possibilidade apresentada pela NBR 
6122/2010 da substituição de ensaios estáticos 
por dinâmicos em sua maioria e perante os 
resultados satisfatórios dos inúmeros estudos e 
da vasta experiência nacional e internacional 
acerca da comparação de Prova de Carga 
Estática com Prova de Carga Dinâmica, esta 
última vem sendo cada vez mais utilizada. 
• Relação Custo x Beneficio melhor que da Prova 
de Carga Estática, devido sua boa 
produtividade e resultados conclusivos. 
 
REFERÊNCIAS 
 
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de Janeiro – RJ. 2010 
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Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 
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