A aplicação do método de Broms foi feita considerando-se coincidente o ponto de aplicação da carga no topo da estaca e o nível do terreno. Isso foi adotado pela pequena diferença observada entre os mencionados pontos. Além disso, foram feitas duas previsões: na primeira, considera-se a estaca curta e, na segunda, considera-se a estaca longa. Isto se justifica pelo fato do comprimento característico da estaca se encontrar na faixa de comprimento característico entre as estacas curtas e longas.
Método de Broms considerando a estaca longa
O momento de ruptura do material da estaca, estimado em 3,06 kN.m, considerado no método de Broms para estacas longas, foi estimado utilizando os ábacos propostos por Lobo B. Carneiro. O peso específico (ɣ) do solo foi estimado a partir das correlações propostas por Godoy (1972), que relaciona valores do peso específico aos valores de índices de resistência à penetração (NSPT). Novamente foi considerado o NSPT médio nos três primeiros metros de profundidade. Já o ângulo de atrito considerado para o cálculo do coeficiente de empuxo passivo foi de 27º, obtido pelo ensaio de cisalhamento direto, resultando em um coeficiente de empuxo passivo (KP)de 2,66.
Nesse caso, a carga de ruptura estimada para uma estaca escavada, isolada e submetida a um carregamento no topo pelo método de Broms foi de 4,8 kN (0,48 tf) .
Método de Broms considerando a estaca curta
Considerando-se agora a estaca curta e adotando-se os mesmos valores para os parâmetros do solo utilizados para estacas longas, o valor da carga de ruptura obtido foi de 5,56 kN (0,56 tf).
4.3 Comparação das previsões da carga de ruptura horizontal
A Figura 67 mostra a comparação entre as previsões realizadas das cargas de ruptura e os valores obtidos pelas provas de carga horizontais das estacas isoladas.
Figura 67 - Comparação das previsões da carga de ruptura com as cargas de ruptura obtidas pelas provas de carga horizontais.
Fonte: Autor (2017).
Comparando os valores estimados para a carga de ruptura da estaca em análise observam-se valores bastante aproximados. Tais valores são bastante próximos da carga de ruptura de referência obtida pela realização da prova de carga horizontal nas estacas isoladas, sem bloco de coroamento e sem camada de regularização (E1). Por outro lado, observa-se uma grande diferença entre as previsões e a carga de ruptura obtida pela realização da prova de carga horizontal nas estacas isoladas com bloco de coroamento e com camada de regularização.
Vale comentar que, para a determinação da carga de ruptura, a partir das provas de carga horizontais, considerou-se a ruptura física cujos valores foram obtidos diretamente na curva carga x recalque.
Para verificar se houve efeito de grupo, com relação à carga de ruptura horizontal, apresenta-se, no gráfico da Figura 68, a comparação das cargas de ruptura determinadas nas PCH’s das estacas isoladas e em grupos.
4,73 5,56 4,80 50 6 0 10 20 30 40 50 60 Hansen (1961) Broms (1965) - estaca curta Broms (1965) - estaca longa PCH (B1) - com bloco PCH (E1) - sem bloco C ar g a d e ru p tu ra (k N)
Figura 68 - Comparação das cargas de ruptura dos ensaios realizados.
Fonte: Autor (2017).
Ao analisar a Figura 68, observa-se que as estacas, com camada de regularização, isoladas (B1) e em grupo (B2) apresentaram valores próximos de carga de ruptura, com uma diferença em torno de 10 %. Em relação às estacas sem camada de regularização (B3 e E1), esta diferença percentual foi mais significativa (em torno de 25 %), embora os valores absolutos não tenham sido tão diferentes.
A Figura 69 compara a relação carga x deslocamentos horizontais medidos com a realização de todas as provas de carga horizontais realizadas.
0 10 20 30 40 50 60 PCH (B1) - com bloco PCH (B2) - 30 cm entre estacas PCH (B3) - 20 cm entre estacas PCH (E1) - sem bloco C ar g a d e ru p tu ra (k N)
Figura 69 - Comparação dos deslocamentos horizontais medidos nas provas de carga horizontais realizadas.
Fonte: Autor (2017).
A partir da Figura 69 observa-se que os ensaios realizados nas estacas isoladas e em grupo sem camada de regularização (B3 e E1) apresentaram deslocamentos horizontais bem maiores quando comparados com os deslocamentos horizontais medidos nas provas de carga das estacas isolada e em grupo com a camada de regularização de 5 cm de concreto magro (B1 e B2).
Ao comparar as estacas isoladas e os grupos de duas estacas, observa-se que, em relação às estacas com camada de regularização, as estacas em grupo (B2) apresentaram deslocamentos horizontais um pouco superiores às estacas isoladas (B1), o que sugere a ocorrência de efeito de grupo. Já em relação às estacas sem camada de regularização, as estacas isoladas (E1) apresentaram deslocamentos maiores que as estacas em grupo (B3).
4.4 Retroanálise do nh a partir dos resultados das provas de carga
4.4.1 Variação de T e de nh com os estágios de carga
De início, a partir dos deslocamentos horizontais medidos nas PCH’s, foram calculados valores dos comprimentos característicos (T) e, posteriormente, a taxa de variação
0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Deslo ca m en to Ho rizo n tal (m m ) Carga (kN)
PCH (B1) - com bloco de coroamento com camada de regularização PCH (B2) - espaçamento 30 cm com camada de regularização PCH (B3) - espaçamento 20 cm sem camada de regularização PCH (E1) - sem bloco de coroamento sem camada de regularização
do coeficiente de reação horizontal (nh) seguindo o procedimento inverso do utilizado nas previsões de deslocamento horizontal da seção 4.2.1. Dessa forma, utilizando-se as Equações (85) e (36), calculou-se T e nh em função da carga e, por consequência, dos deslocamentos horizontais, utilizando o método de Matlock e Reese (1961):
(85)
Para cada estágio de carga, calculado T, chegou-se ao valor de nh através da Equação (36) sugerida por Miche (1930):
Os gráficos da Figura 70 e 71 mostram os valores de nh, obtidos por retroanálise, em função dos deslocamentos horizontais medidos nas PCH’s realizadas nas estacas isoladas, com e sem bloco de coroamento, respectivamente.
Figura 70 - Estimativa do nh em função da carga nas estacas B1.
Fonte: Autor (2017). 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 0 10 20 30 40 50 60 70 nh (MN/m ³) Carga (kN)
Figura 71 - Estimativa do nh em função da carga nas estacas E1.
Fonte: Autor (2017).
Pela Figura 70, observa-se que o nh obtido por retroanálise apresentou valores que variaram de 16460 a 693 MN/m³ para a estaca isolada com bloco de coroamento. Por outro lado, de acordo com a Figura 71, o nh variou de 115872 a 12 MN/m³ para a estaca isolada e sem bloco de coroamento.
Na Figura 72 comparam-se as estimativas de nh obtidas por retroanálise, a partir do ensaio da estaca isolada com bloco de coroamento (B1), para o solo mobilizado em função da solicitação horizontal, ou seja, para o solo areno-siltoso constante no perfil estratigráfico da Figura 51, com os valores estimados pelas outras diferentes formas obtidas nessa pesquisa.
0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 0 2 4 6 8 10 nh ( MN/m ³) Carga (kN)
Figura 72 - Comparação dos valores de nh obtidos por retroanálise dos ensaios nas estacas isoladas e por diferentes métodos.
Fonte: Autor (2017).
A partir da Figura 72, observa-se que os valores de nh estimados por meio de tabelas, índice de resistência à penetração (NSPT), prova de carga direta e ensaio oedométrico são muito menores que os valores obtidos na faixa de variação de nh por retroanálise se aproximando apenas do nh mínimo obtido, para uma carga de 9 kN, por retroanálise da estaca isolada e sem bloco de coroamento (E1) sugerindo que essas formas de estimativa do nh são mais adequadas para cargas e, portanto, deslocamentos de valores maiores.
4.5 Avaliação das previsões de deslocamento horizontal em estacas de tamanho real Por último, foram realizadas previsões dos deslocamentos horizontais de duas estacas de dimensões reais, aqui denominadas de estacas 1 e 2. As estacas são do tipo hélice contínua de 600 mm de diâmetro e de 16,96 m e 27 m de comprimento, respectivamente.
As principais características das estacas estão mostradas resumidamente na Tabela 22.
Tabela 22 - Especificações das estacas de tamanho real.
Estaca Tipo da estaca Seção Armadura longitudinal Armadura transversal Comprimento
1 Hélice contínua 600 mm 5 φ 25 mm 6,3 mm a cada 20 cm 16,96 m
2 Hélice contínua 600 mm 5 φ 25 mm 6,3 mm a cada 20 cm 27,00 m
O subsolo no qual as estacas foram executadas é predominantemente arenoso e apresenta pouca variação do NSPT nos três primeiros metros para as duas sondagens consideradas.
Os valores de NSPT ao longo da profundidade e o perfil de solo das estacas 1 e 2 são mostrados nas Figuras 73 e 74, respectivamente.
O nível d’água na sondagem da estaca 1 foi obtido na profundidade de 0,35 m. Já na sondagem da estaca 2 o nível d’água foi atingido em 1,0 m de profundidade.
Figura 73 – Resultados da sondagem à percussão (SPT) do solo no qual a Estaca 1 foi executada.
Figura 74 - Resultados da sondagem à percussão (SPT) do solo no qual a Estaca 2 foi executada.
Fonte: Autor (2017).
Nos mesmos locais de realização das sondagens foram realizadas 2 provas de carga horizontais (PCH’s) do tipo rápida, sendo o carregamento realizado em 16 estágios de carga correspondente, cada um, a 10% da carga horizontal máxima de ensaio da estaca (30 kN). Em cada estágio a carga era mantida por 10 minutos, independente da estabilização dos deslocamentos.
A Figura 75 mostra os resultados das provas de carga horizontais realizadas nas Estacas 1 e 2.
Figura 75 - Provas de carga horizontais das Estacas 1 e 2.
Fonte: Autor (2017).
Os métodos utilizados para a previsão dos deslocamentos horizontais foram os métodos de Matlock e Reese (1961) utilizando o nh obtido a partir da correlação com o NSPT e de tabelas em função da compacidade. Também foi utilizado o método de Hetenyi (1946), por ser o que apresentou resultados de deslocamentos horizontais mais concordantes com os resultados obtidos das provas de carga horizontais realizadas, sendo o kh calculado pela Equação (11) a partir do NSPT médio nos dois primeiros metros. Os resultados obtidos são comparados com os resultados reais coletados das estacas 1 e 2 nas Figuras 76 e 77.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0 10 20 30 40 50 60 Deslo ca m en to Ho rizo n tal (m m ) Carga (kN) PCH (Estaca 1) PCH (Estaca 2)
Figura 76 - Comparação das previsões de deslocamentos horizontais realizadas para a estaca E1.
Fonte: Autor (2017).
Figura 77 - Comparação das previsões de deslocamentos horizontais realizadas para a estaca E2.
Fonte: Autor (2017).
Apesar dos perfis de NSPT do subsolo das estacas analisadas não apresentarem variações significativas, os resultados obtidos por Hetenyi (1946) não proporcionaram as
0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 10 20 30 40 50 60 Deslo ca m en to Ho rizo n tal (m m ) Carga (kN)
Matlock e Reese - correlação Nspt (nh=3,33 MN/m³) Matlock e Reese - tabela compacidade (nh=1,5 MN/m³) Hetenyi (kh=5 MN/m³) PCH (Estaca 1) 0 5 10 15 20 25 0 10 20 30 40 50 60 Deslo ca m en to Ho rizo n tal (m m ) Carga (kN)
Matlock e Reese - correlação com Nspt (nh=0,8 MN/m³) Matlock e Reese - tabela compacidade (nh=1,5 MN/m³) Hetenyi (kh= 1,67 MN/m³)
melhores previsões. Na estaca E1 as melhores previsões foram obtidas com a utilização do método de Matlock e Reese (1961), considerando o nh obtido pela tabela de compacidade, portanto, considerando também que o coeficiente de reação horizontal (kh) varia com a profundidade.
5. CONCLUSÕES E SUGESTÕES
A partir da realização dessa pesquisa foi possível concluir que:
- Dentre os métodos que consideram o coeficiente de reação do solo (kh) variável com a profundidade, os métodos de Miche (1930) e Matlock e Reese (1961) que utilizaram o nh obtido através da prova de carga direta foram os mais concordantes com os resultados obtidos nas provas de carga realizadas;
- O método de Hetenyi (1946), que considera o coeficiente de reação horizontal (kh) constante com a profundidade, foi mais concordante que as previsões realizadas a partir de Miche (1930) e Matlock e Reese (1961), para as estacas escavadas executadas, e isso decorre do fato de o perfil de NSPT variar pouco nos primeiros metros de profundidade, que mais influenciam no deslocamento do topo da estaca;
- Dentre as previsões realizadas que utilizaram o nh, as efetuadas a partir da prova de carga direta proporcionaram as previsões mais concordantes;
- As previsões que utilizaram kh obtido a partir da prova de carga direta foram as mais concordantes;
- Em relação aos métodos de previsão de carga de ruptura, todos os métodos utilizados foram concordantes com o resultado obtido na PCH realizada na estaca isolada e sem bloco de coroamento - estaca (E1), sendo o método de Broms, que considera a estaca curta, o mais concordante;
- Todos os métodos de previsão de carga de ruptura utilizados foram bastante discordantes (cerca de 10 vezes menor) do resultado obtido a partir da realização da PCH na estaca isolada com bloco de coroamento;
- Os resultados obtidos na realização das provas de carga horizontais nas estacas em grupo (B2 e B3) sugerem a ocorrência de efeito de grupo em relação à carga de ruptura;
- Com base nos resultados das provas de carga realizadas foram determinados valores de nh que variaram de 693 MN/m³ a 16460 MN/m³ na estaca isolada, com bloco de coroamento e camada de regularização - estaca (B1) e de 12 MN/m³ a 115872 MN/m³ na estaca isolada, sem bloco de coroamento e camada de regularização - estaca (E1);
- Os valores de nh estimados encontram-se fora da faixa de variação de nh determinada por retroanálise a partir da realização das provas de carga horizontais, com exceção do valor de nh estimado a partir da prova de carga direta realizada;
- Foi observado, a partir das estacas analisadas, que a utilização de valores de nh obtidos a partir de tabelas, correlações com o índice de resistência da sondagem à percussão (NSPT) e
ensaio oedométrico conduz a previsões conservadoras, por outro lado, estimativas de nh obtidas por meio do módulo de elasticidade (E) obtido do ensaio de prova de carga direta leva a previsões mais realistas;
- A utilização de valores de kh estimados por correlações com o índice de sondagem à percussão (NSPT) conduziu a valores fora da faixa de variação de kh obtida por retroanálise das provas de carga realizadas nas estacas hélice contínuas. A exceção ocorreu quando obteve-se kh pela correlação sugerida por Velloso e Lopes (2012), para a estaca hélice (E1); - A correção dos valores de NSPT melhorou a concordância das previsões realizadas;
- Apesar do solo ser granular, o método de Hetenyi (1946) apresentou melhores resultados devido ao perfil de NSPT variar pouco nos primeiros metros de profundidade.
São sugestões para trabalhos futuros:
- Realização de novas provas de carga horizontais com estacas de tamanho real e de diferentes tipos: pré-moldada, hélice, raiz, etc;
- Realização de novas provas de carga horizontais em grupos de 2, 3 e 4 estacas variando as distâncias entre as mesmas;
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