CASE Conjunto residencial no Rio de Janeiro by SCAC

Case

Conjunto Residencial no Rio de Janeiro

Introdução

Geologia do Terreno

As possíveis soluções

Campos de testes

Resultados

Considerações Finais

Introdução No Rio de Janeiro tem ocorrido uma grande expansão residencial na área da Barra da Tijuca com a construção de diversos edifícios com até 10 pavimentos, de médio a alto padrão. A SCAC contribui para essa expansão com a solução de fundações profundas em estacas de concreto pré-fabricado centrifugado, para um empreendimento a ser instalado em uma área total de 210.000 m2, composto por 17 edifícios com 10 andares cada, totalizando 1480 apartamentos. Essa região apresenta uma geologia composta por espessas camadas de argila siltosa e orgânica, de baixa compacidade e resistência. Com essa complexidade, integraram-se os estudos iniciais com a execução a fim de maximizar a solução em estacas de concreto pré-fabricado. Os estudos iniciais permitiram definir os diâmetros e comprimentos a serem cravados, aferindo os parâmetros de projeto em campos de testes, maximizando as capacidades de carga dos elementos isolados de fundação. A seguir serão abordados tópicos relacionados ao estudo de um projeto integrado e o controle de capacidade de carga executado em todas as estacas do projeto, apresentando dados de ensaios de carregamento dinâmico, provas de carga estática e conjunto de nega e repique. Para a SCAC foi importante contribuir para o desafio desse projeto podendo transmitir confiabilidade às fundações executadas.

Geologia do Terreno A geologia no município do Rio de Janeiro é caracterizada pela presença de maciços de rochas, fundamentalmente de origem pré-cambrianas, constituindo morros e serras. Os principais maciços são o da Tijuca, Pedra Branca, Gericinó e outros menores. A área da Barra da Tijuca se localiza entre o maciço da Pedra Branca e o da Tijuca (Figura 01), ocupando uma área total de 156 Km2. A área é coberta por depósitos de vertentes e solos residuais derivados dos morros. Os perfis de estratigrafia apresentam camadas moles com concentrações de materiais orgânicos até a profundidade de 10,0 a 15,0 metros em relação ao nível do terreno natural com NSPT igual a zero. B6E6 9: AD86A>O6vÀD

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Figura 01: Mapa esquemático com a localização dos maciços. Fonte: www.educacaopublica.rj.gov.br - pesquisado em 18/06/2010

A camada seguinte é uma composição intermediária de areia grossa com pedregulhos oriundos do intemperismo sofrido pelo maciço rochoso. Essa camada possui uma espessura média de 3,0 m e NSPT de 38 a 56 golpes/30 cm finais. Finalizando com uma camada de silte-argiloso, com colorações amarelas e brancas, e espessura média de 20,0 m, antes do impenetrável. Possui um NSPT médio de 15 a 23 golpes/30 cm finais. Essa será a camada responsável pela transferência das cargas.

As possíveis soluções Com essa formação geológica, as soluções de fundações estudadas inicialmente foram estacas do tipo Franki e pré-fabricadas de concreto. As soluções deveriam atender as seguintes exigências: a) Racionalizar a capacidade de carga do elemento de fundação. b) O elemento estrutural deverá possuir resistência para atravessar a camada de pedregulhos durante a cravação. c) Eficiência executiva (fornecimento de produto e execução em campo). d) Controlar a capacidade de carga Em relação às estacas do tipo Franki a questão é saber se a camada na profundidade de 20,0 a 22,0 m, onde será executado o bulbo alargado, teria competência em absorver os esforços solicitantes transferidos pela superestrutura por carga de ponta, considerando que os 15,0 m iniciais não contribuiriam.

Executivamente a geologia apresentava uma camada intermediária formada por pedregulhos e com NSPT > 40 golpes para 30 cm finais. As estacas pré-fabricadas deveriam necessariamente atravessar essa camada, entretanto acarretaria num incremento de tensões de compressão no concreto, podendo vir a atingir a resistência estrutural - fck. Durante esse momento, várias empresas de pré-fabricados apresentaram suas opções de produtos e soluções. Mas os diferenciais que permitiriam a viabilidade do uso da solução de estaca pré-fabricada pelo processo de centrifugação e a solução de engenharia SCAC foram: a) A utilização de elementos industrializados (garantia da resistência estrutural e qualidade). b) A solução de um projeto integrado, contemplando desde os estudos iniciais e testes aos projetos e execução. c) A integração entre produtora e executora – reduzindo os tempos, perdas e prazos de execução. d) Possuir uma frota própria de equipamentos. e) Utilizar da metodologia de repique elástico, monitorando e comprovando as capacidades de carga de estaca por estaca. Esses itens colaboravam para a metodologia executiva da obra, em que se buscam prazos, custos competitivos, velocidade de execução e soluções integradas. Essa parceria de trabalho entre a SCAC, consultoria técnica e equipe de obra (contratados pelo cliente) permitiu alcançar os seguintes resultados:

Especificações da Obra Número de estacas cravadas (unid)

2096

Comprimento cravado (m)

57.424,60

Comprimento levantado (m)

60.640,70

Emendas executadas (unid) Estacas quebradas (unid)

5.429 9

Projeto Integrado Os estudos iniciais de fundação começam com o projeto de cargas da superestrutura da edificação combinado com as sondagens da área. Através das sondagens foi possível caracterizar a estrutura do maciço, sua composição, geologia, resistência e a distribuição das camadas ao longo da profundidade e no plano, permitindo assim avaliar o mecanismo de transferência solo-estrutura. A metodologia de estudo adotada desde os dados iniciais até o projeto executivo das fundações foi realizada tendo como referência o fluxograma apresentado na Figura 02. Esse fluxograma teve como objetivo maximizar a solução adotada integrando a fabricação das estacas, a definição de projetos, os testes e ensaios e a execução, contribuindo assim para a redução de custos e re-trabalhos, disponibilizando mais velocidade na tomada de decisões.

Projeto de Estruturas sondagens Iniciais

Estudos Iniciais Definição dos ø e comprimentos

Campo de Testes Premissas de Projeto

Conclusão dos Estudos ø e comprimentos definidos e critérios

Projeto Executivo de Fundações

Monitoramento da Execução Figura 02: Fluxograma de Projeto Integrado.

A seguir será detalhada cada etapa de estudo e desenvolvimento do projeto, com foco no projeto executivo de fundações e seu respectivo monitoramento na obra.

Projeto de Estruturas Habitualmente os projetos de edifício em altura contemplam um núcleo central de contraventamento, normalmente localizados na caixa de elevadores e escada. Esses núcleos servem para combater os esforços gerados pelo vento na fachada do edifício. Nessa região, as cargas geradas sob os pilares do núcleo central caracterizam-se por possuírem elevadas cargas de compressão axial combinadas com momentos fletores. Nesse projeto, o calculista criou dois grandes pórticos localizados nas faces da fachada, exercendo a função da estrutura de contraventamento principal. Considerando a geometria do edifício simétrica e com a mesma contribuição de inércia nas duas direções, os pilares periféricos seriam os que apresentariam em suas bases esforços de flexo-compressão (Figura 03).

Figura 03: Nível de esforços solicitantes na base dos pilares.

Esses pilares apresentavam esforços solicitantes de compressão entre 2400 kN a 3500 kN, combinados com esforços de flexão na ordem de 212 kN.m a 340 kN.m.

Por meio da classificaĂ§ĂŁo dos nĂveis de carregamento dos pilares, temos que 61% dos pilares estĂŁo concentrados em cargas acima de 1250 kN, o que em termos de projetos corresponderiam a estacas de mĂŠdia carga com diĂ˘metros superiores a Ă&#x2DC;50 cm. A Figura 04 apresenta um resumo do nĂvel de carregamento dos pilares. Dos pilares que apresentam cargas acima de 1250 kN, 35% apresentam momentos crĂticos na base devido Ă aĂ§ĂŁo do vento. N1

Figura 04: DistribuiĂ§ĂŁo de freqĂźĂŞncia dos pilares de um edifĂcio em nĂveis de cargas de compressĂŁo.

Sondagens O mecanismo resistente para absorver os esforĂ§os solicitantes gerados pelo carregamento, num primeiro momento, ĂŠ absorvido pela superestrutura. Posteriormente ĂŠ transferido aos elementos isolados de fundaĂ§ĂŁo. Trata-se como elemento isolado de fundaĂ§ĂŁo, o comportamento da interaĂ§ĂŁo entre o elemento estrutural e o solo. Dentro dos diversos perfis de sondagens do terreno estudou-se as cargas de trabalho que as estacas poderiam ser submetidas, verificando a correspondĂŞncia com a capacidade geotĂŠcnica. Durante a fase de dimensionamento do projeto de fundaĂ§Ăľes realizam-se estudos de cravabilidade, a fim de comparar os comprimentos estimados com os reais obtidos em campo de testes.

O projeto foi dividido em quatro grandes lotes para estudo e execuĂ§ĂŁo, o qual se analisou em funĂ§ĂŁo dos nĂşmeros de prĂŠdios as respectivas sondagens, permitindo assim avaliar os comprimentos e a variabilidade esperada na execuĂ§ĂŁo.

Na região dos lotes foram executadas 166 sondagens, sendo 151 sondagens SPT. A Tabela 01 apresenta um resumo geral dos lotes. Tabela 01: Previsão dos comprimentos cravados em função das sondagens.

Parâmetros

Lote nº. 1

Lote nº. 2

Lote nº. 3

Lote nº. 4

Nº. Prédios

Compr. Cravado (m)

28,7

29,4

27,5

28,5

Desvio Padrão (m)

5,6

2,4

2,1

2,2

Coef. Variação (%)

19,7

8,3

7,5

A partir dos dados da previsão dos comprimentos estimados pode-se constatar que o maciço possui um comportamento do solo constante ao longo de todas as regiões da obra, tendo uma maior variabilidade apenas no lote 01. O comprimento médio de cravação previsto através das sondagens para as diversas áreas foi de 28,6 m, com uma variabilidade de 2,87 m, resultando num coeficiente de variação médio de 10,0 %.

Estudos Iniciais – Elemento Estrutural Originalmente nos pilares havia uma concentração nas cargas de 1000 kN a 1800 kN (Figura 04) conduzindo a diâmetros de estacas com cargas médio-pesadas.

Entretanto, o estudo do projeto e o dimensionamento das bases, considerando o efeito da flexo-compressĂŁo, permitiram redistribuir as cargas nas estacas com diĂ˘metros menores. A Figura 05 apresenta a distribuiĂ§ĂŁo de frequĂŞncia dos diĂ˘metros padrĂľes utilizados, obtidos por meio das cargas atuantes dos pilares (Figura 03). Č&#x153;

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Figura 05: DistribuiĂ§ĂŁo de frequĂŞncias dos diĂ˘metros para o edifĂcio.

AtravĂŠs dessas consideraĂ§Ăľes de cĂĄlculo, o projeto de fundaĂ§Ăľes resultante apresenta a distribuiĂ§ĂŁo das estacas e sua geometria de acordo com o layout da Figura 06.

Figura 06: Layout do estaqueamento considerando a soluĂ§ĂŁo de projeto adotada.

RESULTADOS

Campos de testes Com as análises de projeto e a necessidade de confirmar em qual profundidade seria possível parar as estacas (otimizar os comprimentos cravados) para as cargas projetadas, foram destinados duas áreas no terreno para a realização de testes, denominadas de SP-A e SP-B. Os dados de sondagem indicavam que o comprimento médio de cravação das estacas seria de aproximadamente 28,0 m, parando na camada de silte argiloso com NSPT variando de 11 a 29 golpes para 30 cm finais. As diferenças entre os campos estavam nas espessuras das camadas de pedregulho e na sua profundidade. Para cada campo foi executada a cravação de duas estacas, sendo uma de Ø33 e outra de Ø50. Nas previsões estudadas pelos métodos semi-empíricos Aoki-Velloso e Décourt-Quaresma a fim de atender as capacidades de carga admissíveis a profundidade para Ø50 deveria ser de 32,0 m, enquanto que a de Ø33 poderia permanecer com os 28,0 m. Como critério de paralisação adotou-se uma nega (S) inferior a 50 mm e 20 mm respectivamente, realizando o registro do conjunto nega (S) e repique elástico (K) no final da cravação.

Os campos de testes têm como objetivo:

• verificar a possibilidade de paralisar a estaca em profundidades intermediárias; • verificar o desempenho do elemento estrutural em atravessar a camada de pedregulhos; • verificar as cargas de ruptura do solo para cada diâmetro (Tabela 02); • estabelecer critérios de cravação para a execução (dimensionamento das energias aplicadas pelos equipamentos e condições de cravabilidade).

Tabela 02: Cargas de ruptura do solo a ser verificada.

Ø (cm)

QPROJ - Carga de Projeto (kN)1

700

1800

PR - Carga de Ruptura (kN)2

1400

3600

Notas: 1- refere-se à carga do elemento estrutural prevista pelo projeto – premissa inicial; 2- consideração de FS = 2,0.

O equipamento utilizado foi um bate estacas com martelo de queda livre com peso (W) de 50 kN, sendo dimensionado à altura de queda (energia aplicada - EMX) de forma a não gerar tensões excessivas de compressão (CSX) e tração (TSX) durante a cravação e que permitisse mobilizar carga próxima à ruptura a ser verificada (Tabela 02). Para os campos de testes seriam executados no final de cravação e recravações (com setup superior a 7 dias) ensaios de carregamento dinâmico (ECD) em cada estaca para avaliar o efeito e comportamento da cicatrização do solo. Em todas as idades dos ensaios serão registrados os sinais de repique e nega, e no final será executada uma prova de carga estática (PCE) a ser definida.

CAMPO DE TESTES - ÁREA A A Figura 07 apresenta a sondagem da área A, com os seus respectivos índices de NSPT em função da profundidadejuntamente com as estacas testes (A-5 e A-6) executadas com os respectivos diagramas de cravação (golpes por metro), para uma energia constante aplicada no topo da estaca. A Tabela 03 apresenta as principais características da cravação das estacas testes.

Figura 07: Perfil de sondagem com as estacas cravadas e respectivos diagramas de cravação.

Para a estaca A-5 (Ø33) seria adotado o comprimento cravado de 24,0 m, verificando e registrando o conjunto de nega-repique. Caso não fosse atendido o critério de nega, deveria incrementar o comprimento de 2,0 em 2,0 metros até atingir a profundidade de projeto de 28,0 m.

Nessas paradas intermediárias seriam registrados os valores de repique e nega, e executados um ensaio de carregamento dinâmico (ECD) para avaliar as resistências mobilizadas (RMX). Durante a travessia da camada de pedregulhos (na profundidade de 15,0 m) que possui um NSPT superior a 45 golpes não ofereceu resistência à cravação sendo atravessado com a média de 50 golpes por metro para a energia padrão (EMX) do equipamento. Tabela 03: Características da cravação das estacas testes – ÁREA A.

Estaca Nº.

QPROJ

(cm)

(kN)

Altura Energia de Queda Teórica1 (m) (kN.m)

Comprimento S Cravado (m) (mm/10gp)

A-5

800

0,5

24,0 26,0 28,0

A-6

1800

1,0

32,2

K (mm)

62 69 50

13 16 21

Notas: 1– energia potencial aplicada no término da cravação durante o registro do conjunto nega-repique.

A Tabela 04 apresenta os resultados dos ensaios de carregamento dinâmico (ECD), realizados no final da cravação e recravação, juntamente com as curvas carga-recalque obtidas (Figura 08). Tabela 04: Resultados dos ECD no final de cravação e recravação.

Dados Gerais N˚. Estaca

Ø (cm)

A-5

A-6

Compr. Cravado (m) 24,0 26,0 28,0 32,2

Final de Cravação

Recravação

PRAV1 PRDQ1 RMX2 RL RP Setup RMX RL RP PRRMX3 (kN) (kN) (kN) (kN) (kN) (dias) (kN) (kN) (kN) (kN)

1018 1083 1234 2720

1469 660 1569 860 1812 1400 776 624 4180 3110 2030 1080

19 20

2549 1321 1234 4050 2488 1562

2520 4050

Notas: 1 – previsão da capacidade de carga obtida através dos métodos estáticos – Aoki-Velloso (PRAV) e Décourt-Quaresma (PRDQ); 2 – RMX é a resistência máxima mobilizada no golpe pela análise CAPWAP e distribuida nas parcelas de resistência lateral (RL) e de ponta (RP); 3 – carga extrapolada pela curva obtida do ECD na recravação - limitando a resistência do elemento estrutural.

Estaca A-5 - Ø33 - LCRAV. = 28,0 m Resistência Mobilizada (kN)

Estaca A-6 - Ø50 - LCRAV. = 32,2 m

Resistência Mobilizada (kN)

)LQDO GH &UDYDomR

)LQDO GH &UDYDomR 5HFUDYDomR GLDV

5HFUDYDomR GLDV

Deslocamento amento (mm)

Deslocamento mento (mm)

Figura 08: Curvas carga vs recalque das estacas A-5 e A-6 para diversas idades.

Os comprimentos intermediários da estaca A-5 não atenderam ao critério de parada e obtiveram resistências mobilizadas muito inferiores, variando de 660kN a 860 kN, para uma carga de projeto de 700 kN. Já para a estaca A-6 no final da cravação mobilizou uma resistência de 3110 kN. A estaca A-5 obteve um ganho de resistência de 82% em relação à resistência no final da cravação, valor esse muito superior ao encontrado nas demais estacas testes. Esse ganho foi distribuído entre o atrito lateral (RL), que obteve um incremento de 58,3%, enquanto a resistência de ponta (RP) adicionou 111,6%.

Diante da elevada cicatrizaĂ§ĂŁo escolheu-se esta estaca para a realizaĂ§ĂŁo da prova de carga estĂĄtica (PCE), a fim de comprovar inicialmente uma carga de trabalho de 700 kN, adotando um fator de seguranĂ§a igual a 2,0. A partir desses resultados foi possĂvel comprovar e revisar a carga de trabalho dessa estaca para 800 kN. A Figura 09 apresenta as curvas carga vs recalque obtida atravĂŠs dos ECD para duas idades, plotando no mesmo grĂĄfico o resultado de campo da PCE. Nessa situaĂ§ĂŁo a deformaĂ§ĂŁo sob carregamento foi de 19,04 mm, com deformaĂ§ĂŁo residual de 5,65mm.

Estaca A-5 - Ă&#x2DC;33 - LCRAV. = 28,0 m ResistĂŞncia Mobilizada (kN)

Deslocamento mento (mm)

)LQDO GH &UDYDomR 5HFUDYDomR GLDV 3&( GLDV

Figura 09: Curvas carga vs recalque realizados atravĂŠs de ECD e PCE em diferentes idades.

Para a estaca A-6 o ganho devido ao setup no RMX foi de 30,2%, incrementando em 22,5% o atrito lateral (RL) e 44,6% a carga de ponta (RP) em relação ao final de cravação. Ambas as curvas carga-recalque apresentaram um comportamento de uma reta, caracterizando que a resistência do elemento de fundação (conjunto estaca-solo) será comanda pela resistência do elemento estrutural. Comparando os resultados com os métodos semi-empirícos, os valores da PR possuíram uma boa convergência com o método Décourt-Quaresma, que teve uma melhor avaliação da parcela de atrito lateral, enquanto que o método Aoki-Velloso subestimava esses valores. Com os resultados das análises CAPWAP (Tabela 05) obteve-se os parâmetros do quake do solo (C3) e distribuição de atrito e ponta (f), permitindo avaliar as resistências mobilizadas.

Tabela 05: C3 e f obtidos pela análise CAPWAP e estimativa das resistências mobilizadas através do repique elástico.

Dados Gerais

N˚. Estaca

Ø (cm)

A-5 A-6

33 50

Final de Cravação

Compr. K C3 Cravado (mm) (mm) (m) 28,0 32,2

21 20

5,4 4,4

Recravação RMX K C3 (kN) (mm) (mm)

0,72 1305 0,67 2473

24 26

RMX (kN)

1,93 0,76 1750 1,65 0,69 3747

CAMPO DE TESTES – ÁREA B Essa área apresenta uma melhor facilidade para a cravação das estacas, devido à camada de silte argiloso ser mais mole do que a mesma camada da Área A. A Figura 10 apresenta um perfil de sondagem dessa área, os índices de resistência NSPT da sondagem e os diagramas de cravação das estacas testes (B-7 e B-12). A Tabela 06 apresenta as características e os dados das cravações.

Figura 10: Perfil de sondagem com as estacas cravadas e respectivos diagramas de cravação.

Para as estacas dessa área adotou-se o procedimento de paralisação em profundidades intermediárias registrando as negas e repiques (comprimentos de 28,0, 30,0 e 32,0 m), fixando o comprimento final em 32,0 m. A camada de pedregulhos não ofereceu qualquer resistência à cravação.

Tabela 06: Características da cravação das estacas testes – ÁREA B.

Estaca Nº.

QPROJ

(cm)

(kN)

Altura Energia de Queda Teórica1 (m) (kN.m)

comprimento Cravado (m)

B-7

1800

1,0

28,0 30,0 31,7

B-12

800

0,5

28,0 30,0 32,0

(mm/10gp) (mm)

110 115 40

19 20 21

83 130 60

10 14 17

Notas: 1 - energia potencial do sistema de cravação.

Tabela 07: Resultados dos ECD no final de cravação e recravação e comparações com os métodos de previsão.

Dados Gerais N˚. Estaca

B-7

B-12

Ø (cm)

Final de Cravação

Recravação

Compr. Cravado (m)

PRAV1 (kN)

PRDQ1 RMX2 RL RP Setup RMX RL RP PRRMX3 (kN) (kN) (kN) (kN) (dias) (kN) (kN) (kN) (kN)

28,0 30,0 31,7

1504 1437 1520

2435 700 2505 704 2572 2560 901 1659

28,0 30,0 32,0

900 891 933

1472 620 1539 700 1611 1270 735

535

15 -

3578 2008 1570 40002 -

1984

Notas: 1 – previsão da capacidade de carga obtida através dos métodos estáticos – Aoki-Velloso (PRAV) e Décourt-Quaresma (PRDQ); 2 – RMX é a resistência máxima mobilizada no golpe pela análise CAPWAP e distribuída nas parcelas de resistência lateral (RL) e de ponta (RP); 3 – carga extrapolada pela curva obtida do ECD na recravação - limitando a resistência do elemento estrutural.

Ao término de cada cravação foi executado um ECD a fim de verificar as resistências mobilizadas. A Tabela 07 apresenta os resultados dos ECD no final da cravação e em recravações (apenas na estaca B-7). Para essas duas estacas o comportamento da curva carga-recalque (Figura 11) não foi uma reta, permitindo caracterizar através da extrapolação da curva a carga de ruptura (PR). Para esses ensaios a ruptura foi comanda pelo solo.

Estaca B-7 - Ø50 - LCRAV. = 31,70 m Resistência Mobilizada (kN)

)LQDO GH &UDYDomR

5HFUDYDomR GLDV

Deslocamento mento (mm)

Estaca B12 - Ø33 - LCRAV. = 32,00 m

Resistência Mobilizada (kN)

Deslocamento mento (mm)

Figura 11: Curvas carga vs recalque das estacas B-7 e B-12 para diversas idades.

Para a estaca B-7 houve um ganho de RMX de 39,7% em relação ao término da cravação, cujo atrito lateral (RL) contribui com 122,8% e a ponta (RP) não obteve contribuição. Isso está aliado ao fato de que não houve mobilização da carga da ponta da estaca, sendo absorvido pelo atrito lateral – que não rompeu. Em ambas as curvas do ECD foram possíveis caracterizar o início da ruptura do solo e, por meio da extrapolação por Van der Veen foi possível determinar a carga de ruptura (PR). Para a estaca B-7 (recravação) a carga de ruptura extrapolada é de 7810 kN, mas está limitada pela resistência estrutural do elemento de 4050 kN. Para a estaca B-12 a carga de ruptura foi de 1425 kN no final da cravação. Com as análises CAPWAP dos ECD obteve-se os valores de C3 e f para as diferentes idades (Tabela 08). Estimou-se através dos sinais de repique elástico a carga máxima mobilizada (QMOB) pela equação de Chellis.

Tabela 08: C3 e f avaliados pelo método CAPWAP e estimativa das resistências mobilizadas através do repique elástico.

Dados Gerais

Final de Cravação

Compr. K C3 Cravado (mm) (mm) (m)

Recravação

N˚. Estaca

Ø (cm)

RMX K C3 (kN) (mm) (mm)

B-7

31,70

11,4

0,82 2183

6,2

B-12

32,00

9,2

0,71 1173

RMX (kN)

0,72 3259 -

A partir dos campos de testes pode-se comprovar o atendimento às cargas de trabalho solicitadas pelo projeto de estruturas permitindo assim trabalhar com as cargas próximas das cargas estruturais dos elementos. Com relação à cravabilidade das estacas, a camada de pedregulhos durante a cravação não ofereceu resistência, permitindo atravessar sem a necessidade de ponteira ou pré-furo. Foi possível aferir o critério de paralisação da cravação das estacas aferindo os parâmetros da previsão das negas e repiques ao longo do projeto. A metodologia demonstrou para essa condição um bom controle.

Resultados - Metodologia de Controle SCAC Com a necessidade de garantir as premissas de projeto, torna-se necessário o controle tecnológico do produto e da execução. Como metodologia de controle foi adotada o registro de nega e repique para todas as estacas, ensaios de carregamento dinâmico (ECD) e diagramas de cravação nas estacas próximas às sondagens. Com a execução dos trabalhos foram sendo aferidos e avaliados para cada cravação os registros de nega e repique, transmitindo confiabilidade à execução quanto às cargas mobilizadas e otimização dos comprimentos cravados. Essa é uma característica da utilização de estacas pré-fabricadas, pois permite que a qualquer momento da cravação sejam aferidos os parâmetros de capacidade de carga (como comparativo com as resistências avaliadas nas sondagens, as tensões atuantes, o sistema de amortecimento e outros).

Comprimentos Cravados Com relaĂ§ĂŁo aos comprimentos cravados (Figura 12) e considerando todo o universo de estacas cravadas na obra (n = 2095 estacas) obteve-se como mĂŠdia 27,66 m e desvio padrĂŁo de 3,94 m, resultando num coeficiente de variaĂ§ĂŁo de 14,2 %. Valores prĂłximos aos obtidos nos estudos atravĂŠs dos perfis de sondagens (Tabela 01), com comprimento cravado mĂŠdio de 28,6 m, desvio padrĂŁo de 2,87 e CV = 10,0 %. A partir desses dados constata-se que a previsĂŁo inicial e o resultado final da cravaĂ§ĂŁo foram compatĂveis, validando a metodologia adotada no dimensionamento.

&RQMXQWR 5HVLGHQFLDO %DUUD GD 7LMXFD 5Q HVWDFDV

)UHTXrQFLD

&RPSULPHQWR &UDYDGR P

0pGLD P 'HVYLR 3DGUmR P &9

Figura 12: DistribuiĂ§ĂŁo de frequĂŞncias e curva de Gauss para os comprimentos cravados.

CritĂŠrio de CravaĂ§ĂŁo Para cada lote foi determinado um critĂŠrio de paralisaĂ§ĂŁo das estacas, tendo inicialmente o comprimento cravado em conformidade com a estimativa de projeto, e nessa profundidade o atendimento a valores mĂnimos de nega e repique. Como referĂŞncia em projeto para essa geologia, considerou-se como parĂ˘metro de projeto o valor de repique unitĂĄrio de 0,63 mm/m. A Figura 13 apresenta uma nuvem de pontos que avalia em funĂ§ĂŁo da profundidade cravada das estacas, os valores de repique medidos e comparados com o de projeto. Os valores registrados demonstraram uma boa convergĂŞncia com a previsĂŁo, permitindo assim monitorar e uniformizar a parada das estacas. Mais adiante serĂŁo apresentadas as comparaĂ§Ăľes entre os valores de repique correlacionando com as resistĂŞncias mobilizada medida pelos ECD.

5HSLTXH 5HDO PP

3RQWRV 0HGLGRV

5HSLTXH 3UHYLVWR

3URIIXQGLGDGH P P

Figura 13: Valores dos repiques medidos em campo no final da cravaĂ§ĂŁo em funĂ§ĂŁo da profundidade.

Ensaios de Carregamento Dinâmico Para o monitoramento das capacidades de carga, em cada prédio foi realizado um ECD para cada diâmetro, escolhendo aleatoriamente a locação da estaca, o setup e equipamento. No total foram realizados 68 ensaios contemplando 3,24% do total de estacas cravadas. A fim de avaliar as capacidades de carga em serviço, foram adotadas apenas as estacas com setup superior a 4 dias (Tabela 09), detalhando os parâmetros de distribuição de carga (RL e RP) e as energias líquidas (EMX) transferidas pelo equipamento nos golpes analisados. A eficiência do sistema de cravação se demonstrou variando de 42,2% a 71,2% nos ensaios. Em média obteve-se valores para o quake do solo (C3) na faixa de 2,88 mm a 7,48 mm e a relação entre carga de ponta e atrito lateral (f) média igual a 0,64.

Tabela 09: Ensaios de Carregamento Dinâmico.função da profundidade.

N˚.

N˚. Estaca

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 29 30 31

P03GB1-A P56GB1-A P56GB1-B P73GB1 P01GB2 P02GB2-B P17GB2-A P50GB2-B P28FB3 P32FB3 P30NB3 P08MB5-A P04LB7 P46LB7 P04LB8 P09LB8 P22LB8-B P26LB8 P29JB9 P31JB9-B P41JB9 P42JB9-A P01JB10 P06JB10 P07JB10-B P69JB10 P71JB10 P70OB1-B P74OB1 P45OB2 P680B2-A

Compr. Altura Martelo Setup RMX RL RP DMX EMX EPOT e Cravado Queda (cm) (m) (m) (kN) (dias) (kN) (kN) (kN) (mm) (kN.m) (kN.m) (%) 38 38 38 42 50 38 42 60 50 60 60 50 50 70 50 70 38 60 70 38 50 42 50 60 50 60 38 38 50 50 50

30,40 30,90 32,20 26,80 32,00 28,60 31,90 34,30 31,70 31,90 27,70 31,30 24,80 26,30 22,80 23,00 23,00 26,40 30,10 31,10 32,90 29,20 30,20 26,30 26,80 22,20 22,70 40,00 30,00 29,10 35,20

1,2 1,0 1,2 1,6 2,0 0,6 1,5 2,6 1,8 2,2 1,6 1,4 1,8 1,6 1,2 1,6 1,2 2,5 1,5 0,6 1,2 1,2 1,5 2,0 1,2 2,4 1,5 1,5 1,6 1,5 1,2

50 50 50 42 50 50 50 50 50 50 70 70 50 70 70 70 50 50 70 70 50 50 70 70 70 50 50 50 50 50 70

4 8 11 7 5 14 7 10 16 15 4 17 43 13 6 11 10 6 4 4 4 5 4 7 8 4 7 20 21 8 7

1880 2160 2320 1512 2580 2006 2600 4290 3200 3210 2900 4280 3450 3168 3220 3256 1900 4370 3850 1955 3200 2048 2190 4100 2750 2800 1500 2660 2950 3580 2800

1717 1590 2030 954 1834 1644 2040 2729 2429 2433 845 2170 1820 2409 2183 2743 1470 2128 2864 1829 2719 1829 1817 2101 1904 1263 1009 2279 2556 2725 2422

163 570 290 558 746 362 560 1561 771 777 2055 2110 1630 759 1037 513 430 2243 986 126 481 219 373 1999 846 1537 491 381 394 855 379

19,0 25,9 25,0 22,0 21,6 15,8 21,7 19,5 22,5 14,8 21,7 24,3 21,7 19,7 21,3 19,9 24,5 21,9 20,0 19,8 21,4 21,5 24,7 20,2 22,6 20,3 23,4 25,4 20,2 19,9 22,6

21,2 34,3 37,4 35,3 47,3 18,6 35,5 58,4 53,0 43,1 74,5 67,9 51,1 68,8 47,7 73,5 35,6 68,0 58,8 20,5 42,9 31,7 55,3 58,7 50,5 58,8 28,4 44,8 47,2 52,0 46,8

60,0 50,0 50,0 67,2 100,0 30,0 75,0 130,0 90,0 110,0 112,0 98,0 126,0 112,0 84,0 112,0 84,0 175,0 105,0 42,0 84,0 63,0 84,0 140,0 63,0 168,0 105,0 105,0 112,0 105,0 84,0

35,3 68,6 74,8 52,5 47,3 62,0 47,3 44,9 58,9 39,2 66,5 69,3 40,6 61,4 56,8 65,6 42,3 38,9 56,0 48,8 51,1 50,3 65,8 41,9 80,2 35,0 27,0 42,7 42,1 49,5 55,7

Em que: RMX – resistência máxima mobilizada pelo golpe do martelo; RL – parcela da resistência mobilizada devido ao atrito lateral da estaca; RP – parcela da resistência mobilizada devido à carga de ponta da estaca; DMX – deslocamento máximo; EMX – energia máxima liquida transferida do sistema de cravação à estaca; EPOT – energia potencial do sistema de cravação; e – eficiência do sistema de cravação;

Avaliação das resistências através do Repique Elástico Durante a realização de cada ensaio de carregamento dinâmico (ECD) foram registrados os valores de nega e repique em cada golpe, possibilitando assim estimar a capacidade de carga (Tabela 10). Através das análises CAPWAP foram obtidos os valores dos parâmetros de C3 e f.

Tabela 10: Valores do registro de nega e repique obtidos durante a execução dos ECD, com dados de f e C3 medidos através do programa CAPWAP.

N˚. N˚. Estaca

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 29 30 31

Ø (cm) 38 38 38 42 50 38 42 60 50 60 60 50 50 70 50 70 38 60 70 38 50 42 50 60 50 60 38 38 50 50 50

QPROJ S K RMX C3CAPWAP (kN) (mm) (mm) (kN) (kN) 925 950 950 1050 1700 1000 1250 2150 1600 2050 2030 1525 1700 2200 1800 2100 975 2050 2050 800 1700 1180 1750 2200 1525 2050 775 1000 1750 1650 1750

23 13 7 7 26 3 3 6 5 6 5 5 3 8 3 2 3 5 5 2 4 2 4 3 5 3 5 3 5 3 5

21 24 23 20 20 21 21 25 25 24 20 23 21 22 21 17 20 19 22 21 23 22 22 20 21 19 23 22 22 23 27

1880 2160 2320 1512 2580 2006 2600 4290 3200 3210 2900 4280 3450 3168 3220 3256 1900 4370 3850 1955 3200 2048 2190 4100 2750 2800 1500 2660 2950 3580 2800

5,52 3,38 3,83 7,81 7,08 1,00 2,47 4,80 6,02 4,28 8,92 3,83 5,84 9,02 4,62 1,42 6,38 6,42 7,06 1,01 4,90 6,12 1,39 3,15 6,78 8,69 7,76 5,14 6,52 3,46 5,65

0,54 0,63 0,56 0,68 0,64 0,59 0,61 0,68 0,62 0,62 0,85 0,75 0,74 0,62 0,66 0,58 0,61 0,76 0,63 0,53 0,58 0,55 0,59 0,74 0,65 0,77 0,66 0,57 0,57 0,62 0,57

RMCHELLIS PRVDV PRDQ (kN) (kN) (kN) 1886 2125 2130 2089 2638 1549 2671 3334 2953 3821 2865 2658 1528 3682 4625 7494 2086 3272 4116 2552 2909 2166 4181 4393 2970 3168 1901 1484 2710 3327 2456

2750 2750 2750 3400 4540 2750 3400 6140 4540 6140 4555 4540 4540 3208 4540 7940 2720 6140 6401 1955 4540 3400 2652 6140 3190 6140 1670 2750 4540 4540 3706

1518 2738 2738 802 3383 2117 1962 2466 5006 6660 3172 2194 1671 4621 1522 2441 987 2260 2862 2646 3843 2835 3915 3886 3029 1933 1127 4145 2348 2151 2728

2,97 2,89 2,89 3,24 2,67 2,75 2,72 2,86 2,84 3,00 2,24 2,98 2,67 1,46 2,52 3,78 2,79 3,00 3,12 2,44 2,67 2,88 1,52 2,79 2,09 3,00 2,15 2,75 2,59 2,75 2,12

Notas: 1 – em muitos casos a carga de ruptura foi limitada pela resistência do elemento estrutural;

P03-A - Ă&#x2DC;38 - LCRAV. = 30,40 m ResistĂŞncia Mobilizada (kN)

Com os parĂ˘metros do solo (C3 e f) e a medida de repique no golpe estimou-se em cada estaca a carga mĂĄxima mobilizada atravĂŠs do mĂŠtodo de Chellis (RMCHELLIS).

Deslocamento nto (mm)

(QV &DUUHJ 'LQkPLFR 5 L 5HSLTXH (ODVWLFR (O WL 5HSLTXH )LQDO GH &UDYDomR

P45 - Ă&#x2DC;50 - LCRAV. = 29,10 m ResistĂŞncia Mobilizada (kN)

C3= 2,5 mm f = 0,61

C3 =3,5 mm f = 0,62

Deslocamento mento (mm)

Deslocamento ento (mm)

C3 =5,5 mm f =0,54

ResistĂŞncia Mobilizada (kN)

P17-A - Ă&#x2DC;42 - LCRAV. = 31,90 m

A Figura 14 apresenta alguns casos dos ensaios contidos na Tabela 10, comparando a curva obtida com a anĂĄlise CAPWAP e a estimativa de resistĂŞncia mobilizada avaliada para cada golpe.

(QV &DUUHJ 'LQkPLFR

5HSLTXH (ODVWLFR

(QV &DUUHJ 'LQkPLFR

5HSLTXH )LQDO GH &UDYDomR

5HSLTXH (ODVWLFR 5HSLTXH )LQDO GH &UDYDomR

P29- Ă&#x2DC;70 - LCRAV. = 30,10 m

P50-B - Ă&#x2DC;60 - LCRAV. = 34,30 m

ResistĂŞncia Mobilizada (kN)

C3 = 4,8 mm f = 0,68

(QV &DUUHJ 'LQkPLFR 5HSLTXH (ODVWLFR

C3 =7,1 mm f =0,63

(QV &DUUHJ 'LQkPLFR 5HSLTXH (ODVWLFR 5HSLTXH )LQDO GH &UDYDomR

5HSLTXH )LQDO GH &UDYDomR

Deslocamento mento (mm)

Figura 14: Exemplos das curvas carga mobilizada vs. deslocamento comparando os dados dos ECD e repique elĂĄstico.

Nos ECD a carga máxima mobilizada (RMX) não permitiu caracterizar a carga de ruptura (PR), mas em 90% dos casos a ruptura foi comandada pelo elemento estrutural. A Figura 15 apresenta uma comparação entre os pontos de RMX versus RMCHELLIS, para o universo de 31 estacas, para os golpes de maior energia. 50; [ 50&+(//,6 Q HVWDFDV

ϴϬϬϬ ϳϬϬϬ

50 0&+(//,6 N1

ϲϬϬϬ ϱϬϬϬ ϰϬϬϬ ϯϬϬϬ ϮϬϬϬ 3RQWR 0HGLGR

ϭϬϬϬ

&XUYD 7HyULFD

Ϭ Ϭ

ϭϬϬϬ

ϮϬϬϬ

ϯϬϬϬ

ϰϬϬϬ ϱϬϬϬ 50; N1

ϲϬϬϬ

ϳϬϬϬ

ϴϬϬϬ

Figura 15: Comparação entre as resistências medidas pelo CAPWAP (RMX) versus a avaliada pelo método de Chellis (RMCHELLIS).

A fim de avaliar e comparar os resultados com análises semi-empíricas pelas sondagens para cada estaca (nesse caso o método Décourt-Quaresma), os resultados dos ECD foram extrapolados através do método de Van der Veen. A Figura 16 apresenta uma comparação entre as cargas de ruptura extrapoladas (PRVDV) versus as avaliadas com o uso da sondagem mais próxima (PRDQ). 359'9 [ 35'4 Q HVWDFDV

ϴϬϬϬ 3RQWR 0HGLGR

ϳϬϬϬ

&XUYD 7HyULFD

35'4 N1

ϲϬϬϬ ϱϬϬϬ ϰϬϬϬ ϯϬϬϬ ϮϬϬϬ ϭϬϬϬ Ϭ Ϭ

ϭϬϬϬ

ϮϬϬϬ

ϯϬϬϬ ϰϬϬϬ ϱϬϬϬ 359'9 N1

ϲϬϬϬ

ϳϬϬϬ

ϴϬϬϬ

Figura 16: Comparação entre cargas de ruptura avaliadas pelo método Décourt-Quaresma e extrapoladas através dos ECD.

Avaliação das Resistências Mobilizadas do Estaqueamento Durante a avaliação da carga de ruptura nas estacas em que se realizou o ECD, foi possível caracterizar para as cargas máximas mobilizadas (RMX) a distância até a respectiva carga de ruptura (PRVDV), tendo como valor médio o incremento de 45,5%. Com a obtenção desses parâmetros e conhecidos os valores de repique no final de cravação, estimou-se as capacidades de carga mobilizadas para cada caso. Com as análises executadas é possível estimar a resistência máxima mobilizada para todas as estacas cravadas na obra, aferindo em cada caso as respectivas cargas de ruptura extrapoladas e coeficientes de segurança. A Tabela 11 apresenta um resumo geral das cargas obtidas para cada diâmetro aferindo os coeficientes de segurança (FS).

Tabela 11: Aferição das cargas de ruptura e coeficientes de segurança em função

Diâmetro

Quant. de Estacas

PRVDV (kN)

Coef. Variação (%)

QPROJ (kN)

Ø26 Ø33 Ø38 Ø42 Ø50 Ø60 Ø70

35 89 819 247 622 270 14

1126 1636 2324 2739 3907 5066 5536

16,3 17,9 11,8 9,3 10,9 10,3 6,6

364 601 903 1073 1521 1998 2150

Coef. Variação Fator de (%) Segurança 40,6 31,4 19,6 22,7 19,1 23,3 5,7

3,09 2,72 2,57 2,55 2,58 2,54 2,57

Para cada diâmetro obteve-se a curva de distribuição de frequências e de Gauss (Figura 17).

Ø38 - n = 819 estacas 60

Frequência (%)

Ø33 - n = 89 estacas 60

500

1000

Solicitação de Projeto Média = 637 kN Desvio Padrão = 140 kN CV = 22,1%

1500

2000

Resistência Média = 1636 kN Desvio Padrão = 292 kN CV = 17,9%

2500

500

1000

1500

Solicitação de Projeto Média = 903 kN Desvio Padrão = 178 kN CV = 19,7%

2000

2500

3000

3500

Resistência Média = 2324 kN Desvio Padrão = 274 kN CV = 11,8%

Ø60 - n = 270 estacas

Ø50 - n = 662 estacas

Ø42 - n = 247 estacas 60

500

0 1000

1500

Solicitação de Projeto Média = 1125 kN Desvio Padrão = 67 kN CV = 6,0%

2000

2500

3000

Resistência Média = 2739 kN Desvio Padrão = 255 kN CV = 9,3%

3500

Frequência (%)

1000

2000

Solicitação de Projeto Média = 1521 kN Desvio Padrão = 290 kN CV = 19,1%

3000

4000

Resistência Média = 3907 kN Desvio Padrão = 425 kN CV = 10,9%

5000

1000

2000

3000

Solicitação de Projeto Média = 1998 kN Desvio Padrão = 464 kN CV = 23,2%

4000

5000

6000

Resistência Média = 5066 kN Desvio Padrão = 520 kN CV = 10,3%

7000

Figura 17: Curvas de distribuição de frequência e Gauss para os diversos diâmetros.

Considerações Finais A solução utilizada em estacas pré-fabricadas do tipo SCAC permitiu contribuir no projeto com um produto de elevada resistência mecânica caracterizado por um processo industrializado e controlado, atingindo assim as profundidades necessárias com a travessia de camada intermediária resistente. O projeto integrado contribuiu em maximizar as cargas de trabalho das estacas, monitorando ao final de cravação as resistências mobilizadas, possibilitando trabalhar com as cargas das estacas próximo dos limites de resistência estrutural e aferir em todos os diâmetros fatores de segurança superiores a 2,0. O controle da capacidade de carga com a utilização dos registros de nega e repique possibilitou determinar um coeficiente de variabilidade médio de 11,8% em todos os diâmetros executados, demonstrando um elevado nível de controle e transmitindo confiabilidade às fundações executadas.

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