002-2000 Doutorado. Analise Do Comportamento de Zapatas Estaqueadas

8/19/2019 002-2000 Doutorado. Analise Do Comportamento de Zapatas Estaqueadas

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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA

FACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE SAPATAS ESTAQUEADAS

MAURÍCIO MARTINES SALES

ORIENTADOR: RENATO PINTO DA CUNHACO-ORIENTADOR: MARCIO MUNIZ DE FARIAS

TESE DE DOUTORADO EM GEOTECNIA

PUBLICAÇÃO: G.TD - 002A/00

BRASÍLIA/DF: MAIO/2000


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UNIVERSIDADE DE BRASÍLIAFACULDADE DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL E AMBIENTAL

ANÁLISE DO COMPORTAMENTO DE SAPATAS ESTAQUEADAS

MAURÍCIO MARTINES SALES

TESE DE DOUTORADO SUBMETIDA AO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIACIVIL E AMBIENTAL DA FACULDADE DE TECNOLOGIA DA UNIVERSIDADE

DE BRASÍLIA, COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA AOBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS.

APROVADA POR :

RENATO PINTO DA CUNHA, PhD. (UnB)(ORIENTADOR)

MÁRCIO MUNIZ DE FARIAS, PhD. (UnB)(CO-ORIENTADOR)

JOSÉ HENRIQUE FEITOSA PEREIRA, PhD. (UnB)(EXAMINADOR INTERNO)

PEDRO MURRIETA SANTOS NETO, DSc. (UnB)

(EXAMINADOR INTERNO)

NELSON AOKI, DSc. (EESC-USP)(EXAMINADOR EXTERNO)

FERNANDO SCHNAID, PhD. (UFRGS)(EXAMINADOR EXTERNO)

DATA: BRASÍLIA/DF, 25 DE MAIO DE 2000


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FICHA CATALOGRÁFICA

SALES, MAURÍCIO MARTINESAnálise do Comportamento de Sapatas Estaqueadas [Distrito Federal] 2000.

xxvii, 229p., 297x210mm (ENC/FT/UnB, Doutor, Geotecnia, 2000).Tese de Doutorado - Universidade de Brasília. Faculdade de Tecnologia.

Departamento de Engenharia Civil e Ambiental.

1.Sapata Estaqueada 2.Provas de Carga

3.Analise Numérica 4.Fundações Mistas

I.ENC/FT/UnB II.Título (série)

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

SALES, M. M., 2000. Análise do Comportamento de Sapatas Estaqueadas. Tese de

Doutorado, Publicação G.TD/002A, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental,

Universidade de Brasília, Brasília, DF, 229p.

CESSÃO DE DIREITOS

NOME DO AUTOR: Maurício Martines Sales

TÍTULO DA TESE DE DOUTORADO: Análise do Comportamento de Sapatas Estaqueadas.

GRAU / ANO: Doutor / 2000

É concedida à Universidade de Brasília permissão para reproduzir cópias desta tese de

doutorado e para emprestar ou vender tais cópias somente para propósitos acadêmicos ecientíficos. O autor reserva outros direitos de publicação e nenhuma parte desta tese de

doutorado pode ser reproduzida sem autorização por escrito do autor.

Maurício Martines SalesRua 25-A, Qd. 61A, Lt. 17/18, Ed. Vienna, apt. 1002 – Setor Aeroporto

CEP: 74070-150 - Goiânia/GO - Brasil


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DEDICATÓRIA

A Raquel e aos nossos filhos, Caio e Tiago


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AGRADECIMENTOS

A Deus;

Aos Professores Renato Pinto da Cunha e Márcio Muniz de Farias pela orientação eincentivo durante todo o curso de doutorado;

A todos os professores do Programa de Pós-Graduação em Geotecnia da UnB pelosconhecimentos transmitidos, amizade, respeito e constante incentivo durante toda a trajetóriadesta pesquisa;

A todos os colegas de Geotecnia pela convivência e amizade em todos os momentosdo curso, e em especial ao amigo Neemias A. Jardim por tão grande colaboração na execuçãodas provas de carga;

À Escola de Engenharia Civil – UFG pelo apoio e incentivo para a conclusão destecurso da melhor forma possível;

Aos Prof. Harry G. Poulos e John C. Small, da University of Sydney (Australia), porterem me recebido tão bem e me apoiado em todo o tempo despendido naquele país;

Ao Laboratório de Materiais da UnB, pelos testes de calibração das células de carga etoda ajuda na preparação do concreto. Uma deferência especial aos amigos Xavier e Severino,que nunca mediram esforços para colaborar;

Ao Laboratório de Estruturas da UnB, nas pessoas da Enga

Eliane e o TécnicoLeonardo, pela cooperação na execução das provas de carga e diversos outros testes;

À empresa WRJ (Renato S. Cortopassi) e ao Prof. Dickan Berberian, pela colaboraçãonos preparativos dos testes e sistema de reação, respectivamente.

Ao Prof. Pedricto Rocha Filho, por ter sempre me incentivado a retomar a carreiraacadêmica;

Ao Engo Wilson Luiz da Costa, por ter me dado a oportunidade de “viver” a Geotecniatão intensamente;

A CAPES pelo auxílio financeiro durante o curso de doutorado, inclusive na etapa da pesquisa desenvolvida em Sydney na Austrália;

Ao Prof. Geraldo Faria Campos da UFG, pelas sugestões no texto deste volume.

Aos meus pais Geraldo e Antônia pelo apoio e compreensão durante toda a vida;

A minha esposa Raquel, pela infinita compreensão e disposição em me acompanhar aooutro lado do mundo em prol de minha pesquisa;

A meus filhos, razão maior de todo este esforço.


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ainda, que as equações simplificadas apresentaram uma excelente concordância com os

resultados do GARP7 em todos os exemplos apresentados.


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viii

ABSTRACT

A review of the piled footing behaviour, as well the piled raft response, was carriedout in the present thesis. It also pointed out definitions, the motivation of its study, the pioneer

studies, and case histories where piled rafts/footings were used. The methods developed for

the design of this type of foundations are presented, even to the preliminary stage of design,

as well to the detailed final stage of design. Comments are done in regard to several programs

specially developed for these foundations, in which different numerical tools were mixed.

Some classical cases of piled rafts were re-analysed using an approximated method

and a full 3-D finite element program to compare the proximity between the obtained resultsand values presented by the authors of these analysed cases. Besides a calibration, these

analyses pointed out some differences between the results obtained with distinct numerical

tools, showing that everyone must be careful when comparing results of programs based on

different numerical backgroud on the analysis of this kind of foundation.

Nine field loading tests were carried out at the UnB Experimental Field to evaluate the

behaviour of single elements, when associated as a pile group and as piled footings. These

tests were carried out with the soil in both its natural moisture content and in a pre-inundated

condition. The tests results were analysed and crosscompared with the predictions of an

approximated method, GARP, using input parameters backfigured from single pile and

isolated footing tests. This approach was able to predict reasonably well the measured field

values in terms of load capacity, load x settlement system response and the shared load

between each foundation element, even to an unsaturated and collapsible soil.

It was finally proposed a new approach to consider the response of totally mobilized

piles in piled footings. This new method was implemented in a new version of the software

GARP, herein denominated GARP7. The method was also presented in a format of simplified

expressions to allow the use of this idea in preliminary stages of a piled raft/footing design.

This method was tested against two of the field tests carried out at the UnB Experimental site,

as well as against other two literature tests. In all cases the new method presented results with

a better agreement with the measured field behaviour. It was also pointed out the excellent

agreement between the results of the simplified expressions and those numerical values from

GARP7 in all shown examples.


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ix

ÍNDICE

Item Página

1 – INTRODUÇÃO 1

1.1 – OBJETIVOS DA TESE 2

1.2 – ESTRUTURA DA TESE 2

2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 4

2.1 – FUNDAMENTOS TEÓRICOS 5

2.1.1 – Sistema de fundação 5

2.1.2 – Sapata estaqueada e radier estaqueado 5

2.1.3 – Mobilização do atrito lateral nas estacas 6

2.1.4 – Rigidez de uma estaca 8

2.1.5 – Estacas como elementos redutores de recalque 10

2.2 – TRABALHOS PIONEIROS 11

2.3 – OBSERVAÇÕES EXPERIMENTAIS 14

2.3.1 – Testes em laboratório 15

2.3.2 – Testes em centrífuga 17

2.3.3 – Testes de campo 19

2.3.4 – Desempenho de obras 23

2.3.4.1 – Messeturm (Alemanha) 23

2.3.4.2 – Torhaus (Alemanha) 27

2.3.4.3 – Westend St. 1 (Alemanha) 28

2.3.4.4 – Treptowers (Alemanha) 30

2.3.4.5 – QV1 (Austrália) 30

2.3.4.6 – Ed. Akasaka (Brasil) 31

2.3.4.7 – Edifício residencial de cinco pavimentos em Tókio

(Japão) 33

2.4 – MÉTODOS DE ANÁLISE 34

2.4.1 – Métodos simplificados 34

2.4.1.1 – Correlações empíricas 34


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x

2.4.1.2 – Fundações equivalentes 38

2.4.1.3 – Métodos baseados na teoria da elasticidade 40

2.4.1.4 – Método de “suportes de reação constante” 46

2.4.2 – Métodos detalhados 47

2.4.2.1 – Análise utilizando o Método dos Elementos de Contorno 47

2.4.2.2 – Análise utilizando o Método dos Elementos Finitos 49

2.4.2.3 – Análises combinando mais de um método 52

2.5 – CONCEPÇÕES E ESTRATÉGIAS DE PROJETO 55

2.6 – EFEITO DA PRESENÇA DE SOLOS COLAPSÍVEIS 59

2.6.1 – Processos de inundação 60

2.6.2 – Forma da realização das provas de carga para estudo do colapso 61

2.6.3 – Estaca virgem x reensaio 63

2.6.4 – Trabalhos anteriores em solo colapsível 63

3 – COMPARAÇÃO DO DESEMPENHO DE ALGUNS MÉTODOS 66

3.1 – UM CASO DE UMA ESTACA ISOLADA 67

3.2 – BUTTERFIELD & BANERJEE (1971a) 69

3.3 – OTTAVIANI (1975) 72

3.4 – KUWABARA (1989) 76

3.5 – RADIER SOBRE 16 ESTACAS – TC-18 81

3.6 – RUSSO & VIGGIANI (1997) 85

3.7 – PRINCIPAIS OBSERVAÇÕES DAS ANÁLISES EFETUADAS 88

4 – MATERIAIS, ENSAIOS E MÉTODOS 89

4.1 – DESCRIÇÃO DO SOLO LOCAL 89

4.2 – PREPARAÇÃO DOS ENSAIOS 1034.2.1 – Estaca metálica 103

4.2.2 – Instrumentação com célula de carga 106

4.2.3 – Escavação e concretagem dos elementos de fundação 111

4.2.4 – Sistema de reação 115

4.2.5 – Aplicação de carga e leituras 117

4.3 – PROVAS DE CARGA REALIZADAS 118


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xi

5 – ANÁLISE DOS RESULTADOS DAS PROVAS DE CARGA 122

5.1 – ENSAIOS EM SOLO COM CONDIÇÃO NATURAL DE UMIDADE 123

5.1.1 – Sapata isolada (teste I) 123

5.1.2 – Estaca isolada (teste II) 129

5.1.3 – Sapata sobre uma estaca (teste III) 133

5.1.4 – Grupo de quatro estacas (teste IV) 136

5.1.5 – Sapata sobre quatro estacas já testadas (teste V) 139

5.1.6 – Sapata sobre quatro estacas virgens (teste VI) 144

5.2 – ENSAIOS EM SOLO PRÉ-INUNDADO 152

5.2.1 – Sapata isolada (teste VII) 152

5.2.2 – Estaca isolada (teste VIII) 154

5.2.3 – Sapata sobre uma estaca (teste IX) 156

5.3 – ANÁLISE DA CAPACIDADE DE CARGA DAS FUNDAÇÕES

ENSAIADAS 159

6 – PROPOSTA DE UM NOVO MÉTODO 161

6.1 – FORMA USUAL DE CONSIDERAR A ESTACA TOTALMENTE

MOBILIZADA EM UMA SAPATA ESTAQUEADA 162

6.1.1 – Exemplo da utilização dos métodos atuais em dois casos 166

6.1.2 – Incoerência na forma de considerar as estacas após

sua completa mobilização 175

6.2 – MÉTODO PROPOSTO 179

6.3 – EQUAÇÕES DO MÉTODO SIMPLIFICADO 182

6.4 – REAVALIAÇÃO DOS ENSAIOS DA UnB COM O NOVO

MÉTODO 188

6.4.1 – Solo com umidade natural 1886.4.2 – Solo pré-inundado 190

6.5 – ANÁLISE DE ALGUNS CASOS DA LITERATURA 191

7 – CONCLUSÕES E SUGESTÕES 196

7.1 – OBSERVAÇÕES GERAIS 196

7.2 – CONCLUSÕES 202

7.3 – SUGESTÕES PARA PESQUISAS FUTURAS 202


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xii

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 204

APÊNDICE A – CONCEPÇÃO DO PROGRAMA GARP 215

A.1 – RADIER 216

A.2 – DESLOCAMENTOS DO SOLO 216

A.3 – MODELAGEM DAS ESTACAS 218

A.4 – INTERAÇÃO ENTRE AS ESTACAS E OS ELEMENTOS DO

RADIER 219

A.5 – COMPATIBILIDADE ENTRE OS DESLOCAMENTOS 219

APÊNDICE B – RESULTADOS BÁSICOS DAS PROVAS DE CARGA 220

B.1 – SAPATA ISOLADA (TESTE - I) 221

B.2 – ESTACA ISOLADA (TESTE - II) 222

B.3 – SAPATA SOBRE UMA ESTACA (TESTE - III) 223

B.4 – GRUPO DE QUATRO ESTACAS (TESTE - IV) 224

B.5 – SAPATA SOBRE QUATRO ESTACAS JÁ TESTADAS (TESTE - V) 225

B.6 – SAPATA SOBRE QUATRO ESTACAS VIRGENS (TESTE - VI) 226

B.7 – SAPATA ISOLADA (TESTE - VII) 227

B.8 – ESTACA ISOLADA (TESTE - VIII) 228

B.9 – SAPATA SOBRE UMA ESTACA (TESTE - IX) 229


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xiii

LISTA DE TABELAS

Tabela Página

Tabela 2.1 – Ed. Akasaka – FS x Número de estacas (modificado –

Poulos, 1994b). 32

Tabela 2.2 – Programas recentes para a análise de radier estaqueados. 55

Tabela 2.3 – Influência da inundação dos solos em resultados de provas

de carga, com carregamento vertical. 64

Tabela 3.1 – Recalque normalizado de uma estaca isolada – caso apresentado

por Lee (1973). 67

Tabela 3.2 – Comparação do recalque de uma estaca circular isolada com

aproximações por outras geometrias (H/L = 5), calculado com

o programa ALLFINE 69

Tabela 3.3 – Comportamento do radier sobre 16 estacas, proposto pelo TC-18. 82

Tabela 4.1 – Parâmetros geotécnicos da argila porosa de Brasília (modificado –

Araki, 1997 e Palocci, 1998). 92

Tabela 4.2 – Caracterização geotécnica do Campo Experimental da UnB

(modificado – Perez, 1997). 93

Tabela 4.3 – Ensaios de granulometria por sedimentação (modificado –

Araki, 1997). 96

Tabela 4.4 – Furos de sondagem SPT no Campo Experimental da UnB. 98

Tabela 4.5 – Parâmetros das curvas de calibração das células de carga. 111

Tabela 4.6 – Resultados dos rompimentos dos corpos de prova do concreto

das estacas. 114


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xiv

Tabela 5.1 – Parâmetros retroanalisados dos testes de uma estaca isolada. 132

Tabela 5.2 – Valores da carga de ruptura convencional obtidos nas provas de carga 159

Tabela 5.3 – Estimativas de capacidade de carga dos testes realizados 160

Tabela 6.1 – Comparação entre o “método 1”e “método 2” para a estimativa de

recalque de uma sapata sobre quatro estacas. 169

Tabela 6.2 – Valores de rigidez obtidos pelo método 2 e pelo GARP 6 para o

exemplo de sapata sobre quatro estacas. 170

Tabela 6.3 – Radier sobre 16 estacas – Parâmetros básicos obtidos pelo

método 2 e GARP6. 173

Tabela B.1 – Dados da prova de carga de uma sapata isolada em solo com

teor natural de umidade. 221

Tabela B.2 – Dados da prova de carga de uma estaca isolada em solo com teor

natural de umidade. 222

Tabela B.3 – Dados da prova de carga da sapata sobre uma estaca, em solo

com teor natural de umidade. 223

Tabela B.4 – Dados da prova de carga do grupo de quatro estacas, em solo

com teor natural de umidade. 224

Tabela B.5 – Dados da prova de carga da sapata sobre quatro estacas já testadas,

em solo com teor natural de umidade. 225

Tabela B.6 – Dados da prova de carga da sapata sobre quatro estacas virgens,

em solo com teor natural de umidade. 226

Tabela B.7 – Dados da prova de carga da sapata isolada, em solo pré-inundado. 227

Tabela B.8 – Dados da prova de carga da estaca isolada, em solo pré-inundado. 228

Tabela B.9 – Dados da prova de carga da sapata sobre uma estaca, em solo

pré-inundado. 229


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xv

LISTA DE FIGURAS

Figura Página

Figura 2.1 – Definição da rigidez de uma estaca na curva carga x recalque 9

Figura 2.2 – Formas de ruptura de uma sapata estaqueada (modificado –

Phung, 1993). 11

Figura 2.3 – Efeito do “cap” no recalque de uma estaca isolada (modificado –

Poulos, 1968b). 12Figura 2.4 – Fatores de incremento na capacidade de carga das estacas e do bloco

devido à interação bloco/estacas (modificado – Akinmusuru, 1980). 14

Figura 2.5 – Comparação do comportamento de um radier sobre 49 estacas, grupo

de estacas (7x7) e um radier isolado (modificado – Cooke, 1986). 16

Figura 2.6 – Edifício Messeturm e outros em Frankfurt (modificado –

El-Mossalamy & Franke, 1997) 24

Figura 2.7 – Fundação do Ed. Messeturm (modificado – El-Mossalamy &Franke, 1997). 26

Figura 2.8 – Representação esquemática do Ed. Torhaus (modificado –

O’Neill et al., 1996). 27

Figura 2.9 – Fundação do Ed. Westend St. 1 (modificado – El-Mossalamy &

Franke, 1999). 29

Figura 2.10 – Fundação do Ed. Treptowers (modificado – Reul, 1998). 30

Figura 2.11 – Fundação do QV1, Perth-Austrália (modificado – Randolph &

Clancy, 1994). 31

Figura 2.12 – Fundação do Ed. Akasaka, São Paulo (modificado – Poulos, 1994b). 32

Figura 2.13 – Caso histórico de um edifício residencial em Tókio (modificado –

Yamashita et al., 1994). 33

Figura 2.14 – Radier equivalente. Proposição de Randolph (modificado –

Randolph, 1994). 38


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Figura 2.15 – Método trilinear de Poulos & Davis (modificado – Poulos &

Davis, 1980). 42

Figura 2.16 – Processo de transferência de carga (modificado – Randolph &

Wroth, 1978). 43

Figura 2.17 – Comparação do desempenho de um grupo de estacas “com” e “sem”

o contato do bloco (modificado – Butterfield & Banerjee, 1971a). 48

Figura 2.18 – Simplificação de um radier estaqueado por “círculos concêntricos”

equivalentes (modificado – Presley & Poulos, 1986). 50

Figura 2.19 – Aplicação de uma análise 3-D com o M.E.F. para a fundação do Ed.

Treptowers (modificado – Reul, 1998). 51

Figura 2.20 – Fatores de interação utilizados no método de Hain & Lee

(modificado – Hain & Lee, 1978). 52

Figura 2.21 – Forma de consideração de um radier estaqueado (modificado –

Clancy & Randolph, 1993). 53

Figura 2.22 – Comparação do desempenho de duas fundações similares

(modificado – Hansbo, 1993). 56

Figura 2.23 – Controle do recalque diferencial (modificado – Randolph, 1994). 57

Figura 2.24 – Diversas estratégias de projeto de um radier estaqueado

(modificado – Poulos, 1994b) 58

Figura 2.25 – Gráfico esquemático para avaliar a resposta de um radier estaqueado

(modificado – El-Mossalamy & Franke, 1997). 59

Figura 2.26 – Comparação das distintas formas de prova de carga em solos

colapsíveis (modificado – Cintra et al., 1997). 62

Figura 3.1 – Comparação da resposta carga x recalque de uma estaca isolada comos resultados de Butterfield & Banerjee (1971a). 70

Figura 3.2 – Comparação da resposta carga x recalque de um radier sobre 4 estacas

com os resultados de Butterfield & Banerjee (1971a). 71

Figura 3.3 – Comparação da resposta de um radier sobre 9 estacas com os

resultados de Butterfield & Banerjee (1971a): (a) resposta carga x

recalque, (b) parcela de carga absorvida pelo radier. 71


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xvii

Figura 3.4 – Comparação da resposta de uma estaca isolada com os resultados de

Ottaviani (1975). 73

Figura 3.5 – Comparação da resposta de estacas isoladas com os resultados de

Ottaviani (1975). 73

Figura 3.6 – Distribuição da tensão vertical em uma estaca isolada, ALLFINE x

Ottaviani (1975): (a) L = 20m , (b) L = 40m. 74

Figura 3.7 – Comparação da resposta de um radier sobre 9 estacas com os

resultados de Ottaviani (1975). 75

Figura 3.8 – Distribuição das tensões verticais na estaca do canto em um radier

sobre 9 estacas – ALLFINE x Ottaviani (1975): (a) L = 20 m ,

(b) L = 40 m. 76

Figura 3.9 – Comparação da resposta de uma estaca isolada com os valores de

Kuwabara (1989). 77

Figura 3.10 – Parcela da carga absorvida pelo radier em um radier sobre 9 estacas,

citado por Kuwabara (1989). 78

Figura 3.11 – Resposta carga x recalque do radier sobre 9 estacas analisado por

Kuwabara (1989) com diversos espaçamentos: (a) S/D = 3;

(b) S/D = 5 e (c) S/D = 10. 79

Figura 3.12 – Porcentagem de carga em cada estaca em um radier sobre 9 estacas

citado por Kuwabara (1989) 80

Figura 3.13 – Distribuição de carga com a profundidade para as estacas em um

radier sobre 9 estacas – ALLFINE x Kuwabara (1989) 81

Figura 3.14 – Radier sobre 16 estacas proposto pelo TC-18. 82

Figura 3.15 – Carga absorvida pelas estacas em diferentes posições no radier

sobre 16 estacas proposto pelo TC-18. 84

Figura 3.16 – Distribuição de carga nas estacas – Radier sobre 16 estacas proposto pelo TC-18. 84

Figura 3.17 – Recalque médio normalizado de um radier sobre 36 estacas,

variando-se a espessura da camada de solo. Comparação com os

resultados de Russo & Viggiani (1997). 85

Figura 3.18 – Recalque diferencial normalizado de um radier sobre 36 estacas,

variando-se a espessura da camada de solo. Comparação com os



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xviii

Figura 3.19 – Parcela de carga nas estacas de um radier sobre 36 estacas,

variando–se a espessura da camada de solo. Comparação com os


Figura 3.20 – Carga relativa nas diferentes posições de estacas de um radier

sobre 36 estacas, H/L=2. Comparação com os resultados de

Russo & Viggiani (1997). 87

Figura 4.1 – Mapa geográfico do Distrito Federal 89

Figura 4.2 – Mapa de solos do Distrito Federal (Mortari, 1994). 90

Figura 4.3 – Relação entre sucção mátrica x grau de saturação (modificado –

Ribeiro, 1999). 92

Figura 4.4 – Descrição das camadas de solo do poço de inspeção no Campo

Experimental da UnB (Pastore, 1996). 93

Figura 4.5 – Comparação entre perfis de umidade em meses anteriores às provas

de carga (modificado – Perez, 1997). 94

Figura 4.6 – Curva característica, sucção mátrica x teor de umidade (Peixoto, 1999) 94

Figura 4.7 – Perfis de umidade antes e após as provas de carga 95

Figura 4.8 – Ensaios edométricos evidenciando comportamento diferenciado

com a profundidade (modificado – Luna, 1997). 96

Figura 4.9 – Sondagem SPT-T realizada no Campo Experimental da UnB

(modificado – Camapum de Carvalho et al., 1998). 99

Figura 4.10 – Índice de Torque da sondagem SPT-T realizada no Campo

Experimental da UnB (modificado – Camapum de Carvalho

et al., 1998). 99

Figura 4.11 – Ensaio Dilatométrico no Campo Experimental (modificado –Jardim, 1998). 100

Figura 4.12 – Variação do Módulo de Young (E) inferido dos ensaios

pressiométricos (Vecchi et al., 2000). 101

Figura 4.13 – Variação do potencial de colapso utilizando a proposta de Kratz de

Oliveira (1999) (Vecchi, 2000). 102

Figura 4.14 – Resultados de ensaio de cone elétrico (Mota et al., 2000) 103

Figura 4.15 – Vista da estaca–piloto metálica próxima ao sistema de reação. 104


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xix

Figura 4.16 – Vista da estaca–piloto desmontada, destacando–se as três

células de carga. 105

Figura 4.17 – Prova de carga com a estaca–piloto metálica. 105

Figura 4.18 – Elementos envolvidos na construção da célula de carga. 107

Figura 4.19 – Vista das células de carga empregadas nas estacas-piloto metálicas. 108

Figura 4.20 – Curvas de calibração da célula de carga do topo da estaca-piloto. 109

Figura 4.21 – Célula de carga de ponta, antes e após sua preparação, com o

detalhe da fixação dos pratos à célula de carga. 109

Figura 4.22 – Proteção mecânica em PVC das células de carga. 110

Figura 4.23 – Grupo de quatro estacas após a concretagem. 112

Figura 4.24 – Exumação do grupo de quatro estacas. 112

Figura 4.25 – Detalhe de uma das estacas do grupo de quatro estacas. 113

Figura 4.26 – Preparação do concreto das estacas. 114

Figura 4.27 – Vista da viga de reação e seu travamento às barras tracionadas. 116

Figura 4.28– Sistema de reação composto por vigas e cargueira. 116

Figura 4.29 – Detalhe do sistema de aplicação e registro de carga total. 117

Figura 4.30 – Corte esquemático das provas de carga. 118

Figura 4.31 – Locação esquemática das provas de carga realizadas 119

Figura 4.32 – Alteração do perfil de umidade e saturação com o processo de

inundação. 121

Figura 5.1 – Representação esquemática dos locais de medição dos recalques na sapata. 124

Figura 5.2 – Prova de carga da sapata isolada. 124

Figura 5.3 – Retroanálise da prova de carga da sapata isolada. 126

Figura 5.4 – Ensaio em laboratório da sapata, em um arranjo como “laje biapoiada”medição dos recalques em vários pontos próximos às bordas

não apoiadas. 126

Figura 5.5 – Retroanálise do módulo elástico do concreto da sapata a partir de

recalques diferenciais em um teste como “laje biapoiada”,

em laboratório. 127

Figura 5.6 – Prova de carga da sapata isolada e o seu comportamento simulado por

retroanálise utilizando o programa GARP6. 129


20/257

xx

Figura 5.7 – Prova de carga da estaca isolada. 130

Figura 5.8 – Comparação do comportamento de uma estaca isolada na carga

e recarga. 131

Figura 5.9 – Ajuste de curvas para representar os testes com estacas isoladas (teste II) 132

Figura 5.10 – Prova de carga da sapata sobre uma estaca centrada. 133

Figura 5.11 – Comparação da sapata sobre uma estaca com estaca e sapata isoladas. 134

Figura 5.12 – Distribuição da carga entre estaca e sapata e mobilização de carga

na estaca na prova de carga da sapata sobre uma estaca. 135

Figura 5.13 – Previsão do comportamento da sapata sobre uma estaca com GARP6. 136

Figura 5.14 – Prova de carga no grupo de quatro estacas. 137

Figura 5.15 – Comparação das respostas de uma estaca isolada e quando em um

grupo de quatro estacas, incluindo previsões do comportamento do

grupo com diferentes valores de Rs. 138

Figura 5.16 – Prova de carga em uma sapata sobre quatro estacas (previamente

testadas). 140

Figura 5.17 – Distribuição de carga entre os elementos de fundação na sapata

sobre quatro estacas (previamente testadas). 140

Figura 5.18 – Resposta de cada estaca quando no Grupo e na configuração de

uma “Sapata estaqueada”. 142

Figura 5.19 – Comportamento médio de uma estaca quando ensaiada como “grupo”

e como “sapata estaqueada”. 143

Figura 5.20 – Previsão x resultados em uma sapata sobre quatro estacas

(previamente testadas). 143

Figura 5.21 – “Previsão” do comportamento da sapata sobre quatro estacas

(já testadas), alterando–se alguns dados de entrada no programa. 144

Figura 5.22 – Esquema de montagem do ensaio, com a sapata em posição invertida. 145Figura 5.23 – Prova de carga da sapata sobre quatro estacas virgens. 146

Figura 5.24 – Distribuição de carga entre os elementos de uma sapata sobre

quatro estacas. 146

Figura 5.25 – Previsão do comportamento da sapata sobre quatro estacas virgens. 147

Figura 5.26 – Comportamento da sapata estaqueada alterando-se o módulo

elástico do solo. 148

Figura 5.27 – Comportamento da sapata estaqueada supondo uma placamais flexível. 149


21/257

xxi

Figura 5.28 – Comportamento médio de uma estaca em diferentes provas de carga. 150

Figura 5.29 – Prova de carga de uma sapata isolada em solo pré-inundado. 153

Figura 5.30 – Retroanálise do teste da sapata isolada (solo pré-inundado). 154

Figura 5.31 – Prova de carga da estaca isolada em solo pré-inundado 155

Figura 5.32 – Comportamento de uma estaca isolada quando reensaiada em

solo natural e pré-inundado. 155

Figura 5.33 – Prova de carga na sapata sobre uma estaca – solo pré-inundado. 157

Figura 5.34 – Prova de carga em uma sapata sobre uma estaca – “com” e

“sem” pré-inundação. 158

Figura 5.35 – Previsão do comportamento da sapata sobre uma estaca –

solo pré-inundado. 158

Figura 6.1 – Representação esquemática do método de Poulos & Davis (1980). 162

Figura 6.2 – Modelo para estimar o recalque de radier estaqueado contendo

estacas totalmente mobilizadas (modificado – Poulos, 1998b). 164

Figura 6.3 – Exemplo hipotético de um radier sobre quatro estacas. 166

Figura 6.4 – Sapata sobre quatro estacas – GARP6 x métodos “manuais”. 169

Figura 6.5 – GARP6 x Método 2 (Poulos, 1998b) usando os mesmos dados

de entrada. 171

Figura 6.6 – Radier sobre 16 estacas proposto pelo TC-18. 171

Figura 6.7 – Radier sobre 16 estacas (TC-18) – GARP6 x Equações simplificadas. 174

Figura 6.8 – Radier sobre 16 estacas (TC-18) – GARP6 x Método 2 com mesmos

parâmetros de entrada. 175

Figura 6.9 – Três diferentes metodologias de se retroanalisar o comportamento

carga–recalque de uma estaca isolada. 177Figura 6.10 – Análise com o GARP6 de uma sapata sobre uma estaca com três

formas distintas de representar o comportamento da estaca. 178

Figura 6.11– Análise da sapata sobre uma estaca com o GARP7, para as três

formas distintas de retroanálise. 180

Figura 6.12 – Exemplo de uma sapata sobre uma estaca, variando–se a rigidez

inicial da estaca. 181

Figura 6.13 – GARP7 x GARP6 – sapata sobre uma estaca com diferentes valoresde rigidez inicial da estaca. 182


22/257

xxii

Figura 6.14 – Vista esquemática de um radier estaqueado. 182

Figura 6.15 – Sapata sobre quatro estacas – GARP6 x Novo método. 186

Figura 6.16 – Sapata sobre 16 estacas (problema do TC-18) – GARP6 x

Novo método. 187

Figura 6.17 – Radier sobre 16 estacas – Comparação do GARP7 com outros

programas. 188

Figura 6.18 – Sapata sobre uma estaca (UnB) – GARP7 x GARP6. 189

Figura 6.19 – Sapata sobre uma estaca (UnB) em solo natural –

GARP7 x Método Simplificado. 189

Figura 6.20 – Sapata sobre uma estaca (UnB) em solo pré-inundado –

GARP7 x GARP6. 190

Figura 6.21 – Sapata sobre uma estaca (UnB) em solo pré-inundado –

GARP7 x Método Simplificado. 191

Figura 6.22 – Retroanálise da resposta carga–recalque de uma estaca isolada,

em teste realizado por Décourt et al. (1995). 192

Figura 6.23 – Retroanálise da resposta carga–recalque de uma sapata isolada,

em teste realizado por Décourt et al. (1995). 193

Figura 6.24 – Teste x Previsão com GARP7 para uma sapata sobre uma estaca. 193

Figura 6.25 – Teste x Previsão de uma sapata sobre 9 estacas – Ensaio de

Koizumi & Ito (1967). 195


23/257

xxiii

LISTA DE SÍMBOLOS

Ac Área da seção transversal circunscrita à forma da estacaAg Área da figura plana circunscrita ao grupo de estacas

A p Área da seção transversal da estaca

B Largura da fundação

CP Corpo de prova

C pres Potencial de colapso

D Diâmetro da estaca

Dc Diâmetro do “cap”

ED Módulo dilatométrico no ensaio dilatométrico (DMP)

Eeq Módulo de elasticidade do “material do tubulão equivalente

E p Módulo de elasticidade da estaca

Es Módulo de elasticidade (Young) do solo

F Nível de mobilização do atrito lateral

Fm Fator de minoração da carga total no grupo de estacas

FS Fator de segurança

F1, F2 Fatores da teoria de Aoki-Velloso

G Densidade relativa dos grãos

GL Módulo cisalhante do solo a uma profundidade z = L

G b Módulo cisalhante do solo abaixo da ponta da estaca

Gs Módulo cisalhante do solo

Gs , G b Fatores devido à interação estaca/solo/estaca

H Espessura da camada de solo

I, Ip Momento de inércia da seção transversal

Ic Coeficiente de colapso

ID Índice do material do ensaio dilatométrico (DMP)

IP Índice de plasticidade

K Rigidez relativa de uma estaca

K 0 Coeficiente de empuxo no repouso

K D Índice de tensão horizontal no ensaio dilatométrico (DMP)

K p Rigidez de uma estacaK po Rigidez inicial de uma estaca


24/257

xxiv

K pg Rigidez do grupo de estacas

K pr Rigidez do radier estaqueado

K r Rigidez do radier

L Comprimento da estaca

LL Limite de liquidez

LP Limite de Plasticidade

N Número de estacas

NSPT Número de golpes na sondagem a percussão

P Carga atuante no topo de uma estaca

Pa Carga total do radier estaqueado correspondente ao momento da completa

mobilização de todas as estacas

PG Carga total atuante no radier estaqueado

P pg Carga absorvida pelo grupo de estacas

Pr Carga absorvida pelo radier

PT Carga no topo da estaca

Pu Carga última de uma estaca

Qc Capacidade de carga da sapata ou radier (individualmente)

Qc Carga de colapso

Qg Capacidade de carga do grupo de estacas

Q pu Carga de ponta última de uma estaca isolada

Qsu Atrito lateral último de uma estaca isolada

Qt Capacidade total de carga da sapata estaqueada

R c Razão do recalque de uma estaca “com” e “sem” o “cap” superficial

R f Fator hiperbólico de variação da rigidez da estaca

R G Relação entre o recalque médio da fundação (radier estaqueado) e o recalquede uma estaca isolada, sem “cap”, sob carga total atuante no grupo

GR Razão entre o recalque médio de uma fundação (radier estaqueado) e o

recalque de uma estaca, com “cap”, sob carga total atuante no grupo.

RG Fator de modificação do recalque da sapata

Rs Fator de recalque

R 2 Coeficiente de regressão linear

S Espaçamento entre estacasS Grau de saturação


25/257

xxv

Ss Recalque de uma estaca isolada sob carga média do conjunto

S pr Recalque médio do radier estaqueado

Sr Recalque médio da sapata

Sr Razão de redução de recalques

c Relação entre espaçamento/diâmetro entre estacas de uma mesma fundação

cnat Coesão do solo em amostra com teor natural de umidade

csat Coesão do solo em amostra saturada

cs , c b Fatores devido à interação radier/solo/estaca

cu Coesão do solo

d Diâmetro da estaca

dc Diâmetro do “cap”

deq Diâmetro do tubulão equivalente

e Índice de vazios

f s Tensão de atrito lateral mobilizado

g Parâmetro que dita a curvatura do comportamento não-linear do solo

k Coeficiente de permeabilidade

n Número de estacas

nr Número de linhas de estacas no grupo

r b Raio da ponta da estaca

r c Raio equivalente da área da parte do radier associado a cada estaca

r f Raio da cavidade, no ensaio pressiométrico, para o solo saturado

r i Raio da cavidade, no ensaio pressiométrico, para o solo sob condição de

umidade natural

r m Máximo raio de influência

r o Raio da estacar oNAT Raio inicial da cavidade, no ensaio pressiométrico, para a condição de umidade

natural

r oSAT Raio inicial da cavidade, no ensaio pressiométrico, para a condição inundada

t Espessura da sapata

w Expoente na previsão do Fator de Recalque (Rs)

w Recalque da fundação

w Teor de umidade naturalw pg Recalque do grupo de estacas


26/257

xxvi

wr Recalque do radier

wt Recalque no topo da estaca

z Profundidade

∆S Recalque diferencial

α Adesão estaca/solo

α Coeficiente angular da reta de regressão linear

α, α’ Fatores de interação na capacidade de carga do grupo de estacas devido à

sapata

α pr

, αrp

Fatores de interação

β Porcentagem de carga atuante no grupo de estacas

β Fatores de interação na capacidade de carga da sapata devido ao grupo de

estacas

δ Recalque da fundação

δ Deslocamento relativo estaca/solo

δult Deslocamento relativo estaca/solo necessário para a mobilização máxima do

atrito lateralδ1 Recalque de uma estaca, sem “cap”, sob carga unitária

1δ Recalque de uma estaca, com “cap”, sob carga unitária

φ* Ângulo de atrito estaca/solo

φnat Ângulo de atrito do solo em amostra com teor natural de umidade

φsat Ângulo de atrito do solo em amostra saturada

γnat Peso específico da amostra

η Razão entre o raio da ponta e do fuste da estaca

ηs, η1s, η4s Fatores de influência no atrito lateral devido à interação bloco/solo/estaca

η b, η1b, η4b Fatores de influência na carga de ponta devido à interação bloco/solo/estaca

η6 Fator de influência na capacidade de carga do radier devido às interações

radier/solo/estaca

λ Razão entre o módulo de Young do material da estaca e o módulo cisalhante

médio do solo


27/257

xxvii

µL Parâmetro definido por Randolph (1978) na previsão do recalque de uma

estaca isolada

ν p Coeficiente de Poisson do concreto da estaca

νr Coeficiente de Poisson do concreto do radierνs Coeficiente de Poisson do solo

ρ Razão entre o módulo cisalhante médio ao longo da estaca e o valor ao nível da

ponta

ρ1 Deformação da estaca isolada sob carga unitária

σmax Tensão máxima a compressão do solo sob o radier

σn Tensão normal à superfície da estaca

τ

Tensão cisalhanteξ Relação entre o módulo cisalhante do solo no nível da ponta da estaca e da

camada abaixo da ponta da estaca (isolada) – rigidez relativa entre camadas

ξ* Valor de “ξ” alterado, quando numa situação de grupo de estacas

ζ Relação entre máximo raio de influência e o raio da estaca

ζ* Valor de “ζ” alterado, quando numa situação de grupo de estacas

ASCE American Society of Civil Engineers.COBRAMSEG Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica.

COBRAMSEF Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de

Fundações

DMT Ensaio dilatométrico de Marchetti

ECSMFE European Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering.

ICSMFE International Conference on Soil Mechanics and Foundation

EngineeringISSMFE International Society on Soil Mechanics and Foundation Engineering.

M.E.C. Método dos Elementos de Contorno.

M.E.F. Método dos Elementos Finitos.

QML Método de carregamento estático rápido de prova de carga

SML Método de carregamento estático lento de prova de carga

SPT Sondagem a percussão


28/257

1

1 – INTRODUÇÃO

Tradicionalmente as fundações são classificadas em “rasas” ou “profundas” e, de

uma forma geral, os projetistas buscam não associar diferentes tipos de fundações por

possuírem formas distintas de transferência de carga ao solo. Entretanto, fatos como o uso de

algumas estacas sob um radier, que podem melhorar o desempenho desta fundação quanto ao

recalque ou mesmo capacidade de carga, bem como a consideração do contato do bloco com

o solo em um grupo de estacas, chamaram a atenção de pesquisadores para as possíveis

vantagens da associação de mais de um tipo de fundação para compor o elemento de

fundação.

Surgiu, assim, o interesse pelo estudo de fundações denominadas de “radier

estaqueados” ou “sapatas estaqueadas” que vêm tendo um uso crescente nestas duas últimas

décadas. A construção de grandes edifícios na Europa, especialmente na Alemanha, utilizando

este tipo de solução de fundação chamou a atenção de diversos projetistas e pesquisadores,

especialmente por ter propiciado uma grande economia em relação às formas tradicionais de

fundação e ainda com um ótimo desempenho quanto à capacidade de carga e recalques.

Recentemente, o resgate do conceito de estacas como “elementos redutores de

recalque”, e não apenas com a função de suportar carga, vem ganhando espaço entre as

pesquisas na área de fundações. Novos métodos estão sendo criados explorando as vantagens

da associação de um elemento superficial de fundação com um certo número “ótimo” de

estacas.

Extrapolando este conceito de “radier estaqueados” para obras menores, tal tipo de

fundação poderia, perfeitamente, ocupar uma lacuna nos casos, em que a fundação superficial

não contemplasse todos os requisitos técnicos, geralmente por recalque excessivo, e

fundações profundas encareceriam o custo da obra.

Em Brasília, bem como em grande parte do Planalto Central Brasileiro, a ocorrência

de solos superficiais com baixa capacidade de suporte e ainda com uma estrutura bastante

porosa e colapsível, dificulta o uso de fundações rasas. Neste contexto torna-se importante o


29/257

2

estudo do comportamento de todo e qualquer tipo de fundação como alternativa ao uso de

fundações profundas.

A análise de “sapatas estaqueadas”, entretanto, não é feita de uma forma simples e

direta. Trata-se de um problema eminentemente tridimensional, no qual o mecanismo de

transferência de carga e a resposta carga-recalque de uma sapata estaqueada (ou radier

estaqueado) apresentam natureza complexa, por envolver diversos tipos de interação entre as

partes constituintes do elemento de fundação.

1.1 – OBJETIVOS DA TESE

♦ Fazer uma revisão crítica dos diversos métodos existentes para a análise de

fundações na forma de sapatas estaqueadas ou radier estaqueados.

♦ Realizar provas de carga em sapatas estaqueadas, com caráter pioneiro na região

Centro-Oeste do Brasil, e avaliar a capacidade de previsão dos resultados de alguns

métodos propostos em literatura.

♦ Propor melhorias ou adaptações a métodos de análise para que estes possam melhor

se adequar ao caso de fundações de pequeno e médio porte para solos semelhantes ao

do caso em estudo.

♦ Dar prosseguimento à linha de pesquisa “Estudo do Comportamento de Fundações

na Argila Porosa de Brasília”, que vem sendo desenvolvida pelo Programa de Pós-

Graduação em Geotecnia da UnB, para a avaliação da possibilidade do uso de

sapatas estaqueadas neste tipo de solo, dentro do contexto regional.

1.2 – ESTRUTURA DA TESE

Buscando uma melhor distribuição dos assuntos abordados, a tese foi estruturada da

seguinte forma:

i) Capítulo 1 – Introdução : Faz-se uma apresentação do tema a ser abordado e

objetivos almejados no presente trabalho;

ii) Capítulo 2 – Revisão Bibliográfica : Neste capítulo faz-se um resgate

cronológico de vários trabalhos desenvolvidos por autores diversos em todo o


30/257

3

mundo, que culminaram para a construção do atual “estado-da-arte”. Tentou-

se agrupá-los de uma maneira mais didática quanto ao assunto específico

abordado. Aborda-se a conceituação de diferentes formas de fundações

buscando deixar claro diferenças e semelhanças, bem como a definição de

termos utilizados em todo o trabalho. No decorrer das citações são incluídos

comentários e críticas do autor desta tese;

iii) Capítulo 3 – Comparação do Desempenho de Alguns Métodos :

Apresenta-se uma comparação de alguns métodos para exemplos específicos

encontrados na literatura, de forma a comparar os resultados previstos por

cada método, objetivando ressaltar semelhanças, limitações e potencialidades

de cada método abordado;

iv) Capítulo 4 – Materiais, Ensaios e Métodos : Descreve-se neste capítulo a

forma de preparação e execução de todos os ensaios realizados no decorrer

desta pesquisa. Apresenta-se, também, uma caracterização do solo do campo

experimental da UnB, no qual se realizaram as provas de carga de vários

elementos de fundação;

v) Capítulo 5 – Análise dos Resultados das Provas de Carga : Todos os

resultados obtidos nas diversas provas de carga realizadas são apresentados

de uma forma gráfica, buscando-se clareza nas comparações seguintes.

Fazem-se a análise dos resultados obtidos nas provas de carga e a comparação

com a previsão dos resultados de programa numérico, a fim de se avaliar a

adequabilidade do mesmo.

vi) Capítulo 6 – Proposta de um Novo Método : Apresenta-se a proposta de

um novo método para a análise de sapatas e radier estaqueados, em que

algumas estacas ou todas terão sua capacidade de carga totalmente

mobilizadas. Mostra-se a aplicação deste novo método aos ensaios realizados

nesta pesquisa, como também a outros casos de literatura;

vii) Capítulo 7 – Conclusões e Sugestões : Finaliza-se a tese ressaltando as

principais conclusões alcançadas e apontadas durante todo o texto. Sugestões

quanto a novas pesquisas são apresentadas, no sentido de contribuir para o

prosseguimento da investigação do tema.


31/257

4

2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

O emprego de estacas como elemento de fundação remonta a vários séculos,

principalmente em grandes obras como igrejas, torres e castelos. Porém somente a partir da

revolução industrial do século 19, com a necessidade de se baratear o custo das fundações de

grandes prédios para fábricas, iniciou-se a sistematização do conhecimento adquirido

(Terzaghi e Peck, 1967).

Até meados da década de 70, sabia-se que o desempenho e a forma de transferência

de carga de uma estaca eram diferentes do de uma fundação rasa. Buscava-se, portanto, não

envolver elementos com comportamentos distintos numa mesma fundação. Este princípio

ainda prevalece até hoje com a maioria dos projetistas de fundações.

Nas últimas três décadas vários pesquisadores sentiram a necessidade de uma melhor

compreensão de como seria o comportamento de uma fundação que envolvesse estacas e

também uma parte superior horizontal em contato com a camada superficial. O estímulo

inicial deste interesse era saber qual o papel do bloco na resposta carga-recalque de um grupo

de estacas, uma vez que o bloco de ligação das mesmas estava em contato com o solo.

Segundo Butterfield & Banerjee (1971a), até o início da década de 60, a maioria dos estudos

de campo e laboratório sobre estacas concentravam-se apenas no desempenho de estacas

isoladas e grupos de estacas sem o contato do bloco com o solo. As análises teóricas de

grupos de estacas também evitavam o estudo da interação entre o bloco e as estacas, a fim de

simplificar o número de interações envolvidas no problema.

Terzaghi & Peck (1967) acreditavam que o grau de conhecimento adquirido sobre o

comportamento de estacas e grupo de estacas havia atingido um nível satisfatório e

“refinamentos teóricos em problemas de estaqueamentos eram completamente desnecessários

e poderiam ser seguramente ignorados”. Apesar deste desestímulo inicial, o emprego da teoria

da elasticidade na análise de estacas isoladas e grupos de estacas compressíveis (Poulos &

Davis, 1968; Poulos, 1968a; Mattes & Poulos, 1968 e Butterfield & Banerjee, 1971b), que

apresentou resultados considerados muito bons quando comparados com aos valores

experimentais de campo, acabou se constituindo num “divisor de águas” e incentivou diversos


32/257

5

autores a tentarem compreender melhor o processo de interação entre uma fundação rasa

(“cap”, sapata ou radier) e estacas sob o mesma.

A partir deste ponto serão mencionados e comentados diversos trabalhos que fizeram

parte da evolução do estudo de um “radier estaqueado”. Obviamente vários trabalhos

específicos sobre grupos de estacas também contribuíram para esta evolução, mas, devido ao

interesse em particular da presente pesquisa, deixarão de ser citados.

2.1 – FUNDAMENTOS TEÓRICOS

2.1.1 – Sistema de Fundação

Em edificações normalmente se define “fundação” como o conjunto de elementos

estruturais responsáveis por transferir, ao solo natural, o acréscimo de carga oriundo daquela

obra. Alguns autores também denominam "fundação" por “infraestrutura”. Em outras obras,

como barragens, o termo “fundação” é empregado para se referir à camada de solo, ou rocha,

que receberá a sobrecarga que o barramento transferirá ao mesmo.

No contexto da presente pesquisa, será denominado como “sistema de fundação” a

associação do conjunto de elementos estruturais ao solo que os envolve. A interação entre os

elementos da infraestrutura e o solo circunvizinho será de fundamental importância na

compreensão do comportamento observado para aquele “sistema de fundação”. A resposta

carga x recalque do sistema de fundação, portanto, será função não somente dos elementos

estruturais envolvidos, mas também do solo em questão.

Porém, a menos que se explicite o contrário, os termos clássicos como “capacidade

de carga da fundação”, “carga de ruptura da fundação”, “carga última da estaca”, etc. estarão

se referindo aos valores de carga suportados por aquele sistema de fundação, em que o fator

limitante tenha sido o solo, ou seja, se compreenderá como “carga última da estaca” a carga

máxima que a estaca suportará sem haver a ruptura do solo circunvizinho, pressupondo-se que

o material da estaca seja compatível para aquele nível de solicitação.

2.1.2 – Sapata estaqueada e radier estaqueado

Os termos “Sapata Estaqueada”, e também “Radier Estaqueado”, surgiram para

especificar os sistemas de fundação que envolvem a associação de um elemento de fundação


33/257

6

superficial (radier ou sapata) com uma estaca ou grupo de estacas, sendo ambas as partes

responsáveis pelo desempenho da fundação quanto a capacidade de carga e recalques.

Baseado nas definições da norma brasileira de fundação (NBR6122/96), o termo

“sapata estaqueada” será utilizado, neste trabalho, quando o elemento de fundação for

composto por uma sapata ligada a uma ou mais estacas com o intuito de suportar os esforços

de um único pilar. O termo “radier estaqueado” será empregado para definir a fundação

composta por um radier associado a uma ou mais estacas, para suportar os esforços de todos

os pilares de uma obra.

Durante todo o trabalho os métodos analisados se aplicam indistintamente a “sapatas

estaqueadas” e “radiers estaqueados”, ficando a diferenciação dos termos apenas no detalhe

estrutural da aplicação das cargas.

Fisicamente, um “grupo de estacas” ou “bloco de estacas”, que é uma forma

tradicional de fundação, poderia ser considerado como uma “sapata estaqueada” ou “radier

estaqueado” quando o bloco de ligação entre as estacas estiver em contato com o solo,

fazendo assim o papel de elemento superficial da fundação (como uma sapata ou radier).

Entretanto, neste trabalho, será empregado o termo “grupo de estacas”, quando se referir à

forma clássica de fundação, em que somente as estacas são responsáveis por absorver e

transferir ao solo todo o carregamento aplicado às fundações, tendo o bloco apenas o papel

estrutural de ligar as estacas. Basicamente este é o conceito tradicional no projeto de “grupos

de estacas”, onde mesmo que o bloco esteja em contato com o solo, que é o usual, não se

considera que aquele possa transferir qualquer parcela de carga ao solo.

2.1.3 – Mobilização do atrito lateral nas estacas

Uma estaca submetida a um carregamento vertical transmitirá ao solo parte da carga

por atrito lateral ao longo do fuste e parte através da ponta por tensões de compressão sob a

mesma. A porcentagem de carga, a se transferir, via atrito lateral, depende de vários fatores,

como propriedades e estratificação do solo, camada de apoio da ponta, comprimento da

estaca, rigidez relativa estaca/solo, processo construtivo, entre outros (Poulos & Davis, 1980).

A parcela de atrito lateral atuante na estaca é função das tensões cisalhantes

desenvolvidas no contato estaca/solo. Esta tensão cisalhante (τ) pode ser expressa na forma :

)tg(σaτ *n φ += (2.1)


34/257

7

onde : a = aderência estaca/solo (= α.c , onde “c” é a coesão do solo e “α” um fator

adimensional que expressa a parcela da coesão considerada como

aderência na superfície da estaca);

σn = tensão normal à superfície da estaca;φ* = ângulo de atrito estaca/solo.

A parcela devido a “a” é função de fatores como coesão do solo, processo de

instalação e tempo decorrido após instalação. O ângulo de atrito “φ*” basicamente depende do

tipo de solo, material da estaca e da rugosidade da superfície da estaca em contato com o

mesmo. A tensão normal à superfície (σn), por sua vez, está relacionada às tensões geostáticas

laterais do ponto em questão, e à forma de instalação da estaca.A Eq. (2.1) representa o valor máximo da tensão cisalhante passível de ser

mobilizada na interface estaca/solo. Porém, para que este valor seja mobilizado, é necessário

que haja um certo deslocamento relativo entre a estaca e o solo circundante. Desta forma,

poder-se-ia representar a tensão de atrito lateral mobilizado (f s), na forma :

(z)τ.F(z)(z)f s = (2.2)

onde : z = profundidade em questão;

F(z) = função de nível de mobilização do atrito lateral;

τ(z) = tensão cisalhante máxima na profundidade “z”.

Para solos em que a resistência residual se aproxima à de pico, a função F(z) pode ser

representada por um comportamento bilinear :

⎪⎩

⎪⎨⎧

≥

<=

ult

ultult

δδ se, 1

δδ se, δ

δ

F(z) (2.3)

onde : δ = deslocamento relativo estaca/solo;

δult = deslocamento relativo estaca/solo necessário para a mobilização

máxima do atrito lateral.


35/257

8

O deslocamento de poucos milímetros, em geral, é suficiente para a mobilização do

atrito lateral máximo.

O atrito lateral mobilizado em uma estaca depende, portanto, não apenas das

propriedades intrínsecas do solo e do material constituinte da estaca, que influenciam “a” e

“φ*”, mas também de “σn” e do nível de mobilização (F(z)) do atrito lateral. Desta forma, o

comportamento de uma estaca, quando na presença de outros elementos de fundação

próximos (quando em um grupo de estacas ou em uma sapata estaqueada), será distinto do de

uma estaca isolada, pois haverá a interação entre os elementos adjacentes, modificando as

tensões normais atuantes na face das estacas, bem como alterando o deslocamento das estacas

e do solo.

Em uma sapata estaqueada, o contato da sapata com a superfície do solo, se por um

lado aumenta as tensões verticais e horizontais na interface estaca/solo (aumentando “σn” e

consequentemente “τ”), por outro, impõe campos de deslocamentos ao solo sob a sapata, o

que reduz os deslocamentos relativos estaca/solo, reduzindo, assim, a mobilização do atrito

lateral. A preponderância de um ou outro fator será função do tipo do solo e o estado do

mesmo.

2.1.4 – Rigidez de uma estaca

Denomina-se “rigidez de uma estaca”, a relação entre a carga atuante em uma estaca

e o seu deslocamento :

δ

PK p = (2.4)

onde : K p = rigidez de uma estaca;

P = carga atuante na cabeça da estaca;

δ = recalque da cabeça da estaca para a carga aplicada “P”.

A rigidez da estaca pode ser entendida como a tangente, ou secante, à curva “carga x

recalque” desta estaca, como ilustrado na Figura 2.1:


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9

carga

K p0

K p1

K p2

Figura 2.1 – Definição da rigidez de uma estaca na curva carga x recalque.

Na Figura 2.1, o valor inicial da rigidez de uma estaca (K p0) é representado pela

tangente inicial à curva carga x recalque e corresponde ao comportamento desta estaca para

baixos valores de carga aplicados.

A medida que a carga atuante numa estaca aumenta, também aumenta o recalque e,

em geral, esta relação deixa de ser linear. Nestes casos, pode-se definir a rigidez de uma

estaca através dos valores K p1, K p2, etc. (ver Figura 2.1), representados por retas secantes à

curva carga-recalque, que dependem do nível de carregamento desta estaca. Em alguns casos,

busca-se uma equação para representar esta variação. Poulos (1994a) utilizou a seguinte

forma de variação, adaptada de modelos hiperbólicos:

P

PR -1K K

uf p0 p ⎟

⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ = (2.5)

onde : K p0

= rigidez inicial da estaca;

P = carga atuante na estaca;

Pu = carga última da estaca;

R f = fator hiperbólico de variação da rigidez da estaca.

Chama-se a atenção que tal definição reflete o comportamento estaca/solo e não deve

ser confundido com a rigidez estrutural de um material qualquer, geralmente representado

pelo produto do módulo de elasticidade da estaca (E p) pelo módulo de inércia da seção

transversal (I p).

recalque


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10

Outro termo, empregado por diversos autores, e que aparecerá algumas vezes no

texto deste trabalho, é a “rigidez relativa de uma estaca” – K (Poulos & Davis, 1980). K é a

relação entre os módulos de Young do material da estaca e do solo (multiplicado por um fator

de área), indicando assim, quão mais rígida é a estaca em relação ao solo em questão :

c

p

s

p

A

A

E

E K = (2.6)

onde : E p = módulo de elasticidade do material da estaca;

Es = módulo de elasticidade médio do solo;

A p = área da seção transversal da estaca;

Ac = área da seção transversal limitada pelo perímetro externo da estaca.

Para uma estaca de seção regular cheia, A p = Ac ,e portanto:

s

p

E

E K = (2.7)

2.1.5 – Estacas como elementos redutores de recalque

Burland et al. (1977), num artigo que sintetizava o “estado da arte” de fundações na

conferência internacional, daquele ano, afirmaram que na maioria dos projetos de fundações

em estacas apenas o critério de capacidade de carga era levado em consideração, a despeito do

baixo nível de recalques geralmente atingido. Estes autores sugeriram que seria muito mais

econômico em um projeto procurar o número mínimo de estacas que conduzisse a um

recalque aceitável para a fundação em questão. Introduziram, portanto, o termo “elementos

redutores de recalque” para as estacas, em projetos de grupos de estacas, em que o critério de

recalque aceitável seria o preponderante.

Tal idéia foi resgatada em alguns métodos de análise de radier estaqueado e será

mencionado em algumas partes deste trabalho.


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11

2.2 – TRABALHOS PIONEIROS

Em termos de capacidade de carga de sapatas estaquadas, o trabalho de Kishida &

Meyerhof (1965) parece ter sido um dos primeiros estudos teóricos a considerar a

contribuição do bloco apoiado no solo superficial em um grupo de estacas. A partir da análise

de grupo de estacas em areias, sugeriram duas formas possíveis de ruptura destes grupos.

- para estacas muito espaçadas, a capacidade de carga da fundação seria a

soma da capacidade de carga do radier (ou bloco) com a capacidade de

carga do grupo de estacas, levando-se em conta a sobrecarga ao nível da

ponta das estacas provocada pelo bloco (ver Figura 2.2b);

- para estacas pouco espaçadas haveria uma tendência de ruptura de todas

estacas em conjunto, como se fosse uma grande estaca única (tubulão

equivalente). Neste caso, a capacidade de carga do conjunto seria

calculada como a capacidade deste “tubulão” equivalente, acrescido da

capacidade de carga do bloco superficial, considerando-se, contudo,

apenas a área do bloco externa à projeção do tubulão equivalente (área

considerada = área do bloco subtraindo a área do tubulão equivalente) –

ver Figura 2.2a.

Figura 2.2 – Formas de ruptura de uma sapata estaqueada (modificado – Phung, 1993).

Quanto ao comportamento carga x recalque de uma fundação com a presença de um

elemento superficial associado a uma estaca, o primeiro trabalho teórico pode ser atribuído a

Poulos (1968b), que considerou a interação estaca/bloco para uma estaca isolada com um

“cap”.


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Poulos (1968b) considerou o solo como um semi-espaço elástico e o “cap” da estaca

como rígido. Esse autor apresentou um gráfico (Figura 2.3) comparando os recalques de uma

estaca com e sem “cap”.

Figura 2.3 – Efeito do “cap” no recalque de uma estaca isolada (modificado – Poulos, 1968b).

Denominando-se por “L” o comprimento da estaca, “d” o diâmetro da estaca e “d c” o

diâmetro do “cap”, observa-se na Figura 2.3 que :

- a influência do “cap” é função das relações “d c/d” e “L/d”. Quanto menor o

comprimento da estaca em relação ao seu diâmetro (L/d), maior a

interferência do “cap”, reduzindo-se os recalques;

- quanto maior o coeficiente de Poisson, maior a influência do “cap” (redução

no recalque da estaca);

- somente para estacas muito curtas (L/d < 10) a existência de pequenos

“caps” não poderia ser desprezada.

Um outro trabalho que merece ser lembrado pelo seu valor histórico é a dissertação

de mestrado de Akinmusuru (1973), que realizou uma série de testes em laboratório com

modelos reduzidos de sapatas estaqueadas em areias. Anteriormente a ele alguns autores já

haviam realizado testes com grupo de estacas com e sem o contato do bloco, mas acredita-se

que Akinmusuru (1973) tenha sido o primeiro autor a estudar, no mesmo solo, ocomportamento de uma sapata isolada, estaca isolada e do grupo de estacas com e sem o


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13

contato do bloco na superfície, buscando-se isolar a parcela de contribuição da interação

bloco/estacas.

Mesmo com as críticas normalmente feitas a ensaios com modelos de escala reduzida

em areia, realizados sob a força da gravidade “1-G” e sem aplicação de qualquer sobrepressão

na superfície da areia, os resultados apontaram para a existência de uma sinergia quanto à

capacidade de carga. Akinmusuru (1973) observou uma capacidade de carga de uma sapata

estaqueada superior à soma algébrica da capacidade de carga da sapata e do grupo de estacas,

e expressou os resultados nas seguintes formas :

cgt Q +Q =Q β α (2.8)

ou

cg'

t Q +Q =Q α (2.9)

onde : Qt = capacidade de carga da sapata estaqueada;

Qg = capacidade de carga do grupo de estacas;

Qc = capacidade de carga da sapata (individualmente);

α e α’ = fatores de incremento de capacidade de carga do grupo devido à interação,

sendo geralmente maiores que “1” e função do comprimento relativo das

estacas e tamanho da sapata;

β = fator de incremento de capacidade de carga da sapata devido à presença do

grupo de estacas.

Os testes de Akinmusuru (1973) indicaram que a contribuição do bloco em contato

com o solo é função de seu tamanho e do comprimento das estacas, mas de uma forma geral,

a parcela de capacidade de carga das estacas (Qg) é a mais influenciada (aumentada) ao se

considerar a interação bloco/solo/estacas, ou seja, α >> β conforme mostrado na Figura 2.4.

Daí a sugestão da equação simplificada (Eq. 2.9), onde assume-se β = 1.


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Figura 2.4 – Fatores de incremento na capacidade de carga das estacas e do bloco devido à

interação bloco/estacas (modificado – Akinmusuru, 1980).

2.3 – OBSERVAÇÕES EXPERIMENTAIS

A observação do desempenho de fundações, seja em modelos em laboratório ou em

testes no campo, é considerada de fundamental importância para uma melhor compreensão da

resposta de uma fundação, fornecendo também subsídios para modelos e teorias que tentam

explicar o comportamento destas fundações.

Historicamente diversos autores relataram os resultados de testes com estacas

isoladas, grupo de estacas e fundações rasas. Entretanto não há uma grande quantidade detrabalhos enfocando grupos de estacas com o contato bloco/solo, sapatas estaqueadas ou

radiers estaqueados, principalmente em testes de campo, devido ao grande custo e

dificuldades na construção de reações que suportem altas cargas.

Não menos importante são os relatos do monitoramento do desempenho de obras

reais, onde os fatores intervenientes atuam simultaneamente e em verdadeira grandeza.

Nos itens seguintes, vários trabalhos serão relatados, apresentando observações

experimentais de sapatas estaqueadas ou radiers estaqueados, destacando-se os pontos principais de cada um.


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15

2.3.1 – Testes em laboratório

Existem dificuldades e limitações associadas a ensaios em pequena escala em

laboratório e sua extrapolação para fundações reais, principalmente devido ao pequeno nível

de tensões imposto (gravidade natural, 1-G), dimensões das amostras, amolgamento, etc. Tais

limitações, contudo, não invalidam estes trabalhos que podem ser considerados

qualitativamente representativos do comportamento de elementos de fundações, e, portanto,

passíveis de serem usados para comprovar a aplicabilidade de estudos teóricos.

Em laboratório, quando não se trata de um estudo para um caso específico, é difícil a

escolha do tipo de solo a ser empregado. As areias permitem a execução de ensaios mais

rápidos, mas geralmente apresentam ângulos de atrito maiores para baixos valores de tensões

confinantes e são mais sujeitas ao efeito escala, em função da dimensão dos grãos. Outro

problema para areias densas é a dilatância a baixos níveis de tensão. Desta forma, seriam

necessários recipientes maiores com a aplicação de pressões superficiais (ou vácuo) para

reduzir os problemas apresentados. Já para argilas, se os fatores destacados para areias não

são tão preocupantes, a dificuldade maior é a forma de preparação da amostra e instalação das

fundações, que consomem um grande tempo de espera para a dissipação do excesso de poro-

pressão (as vezes mais de 50 dias) para a realização de um único teste.

Além do trabalho de Akinmusuru (1973), já comentado no item 2.2, outros autores,

como Whitaker (1961), Ghosh (1975) e Abdrabbo (1976) (citados por Cooke, 1986),

realizaram testes com “fundações estaqueadas”, em que algumas poderiam ser consideradas

como sapatas estaqueadas. A seguir, comentam-se, em maiores detalhes, dois trabalhos

mencionados por diversas fontes da literatura.

Wiesner & Brown (1978) realizaram uma série de ensaios de radier sobre 6 e 9

estacas em uma amostra de argila pré-consolidada. As estacas possuíam diâmetros entre 9,6 a

10,1mm, comprimento de 249mm e espaçamentos na faixa de 5 a 7 diâmetros. A amostra deargila foi consolidada em um recipiente cilíndrico, com 59cm de diâmetro e 48cm de

profundidade. Tal pesquisa visava comparar os resultados de laboratório com teorias de placas

apoiadas sobre um meio elástico. Os resultados, em geral, mostraram um bom grau de

aproximação entre os valores experimentais e os calculados pela Teoria da Elasticidade, com

uma precisão maior para a previsão de recalques e menor para os momentos gerados.

Cooke (1986) apresentou um importante trabalho, no qual fez uma revisão dos

métodos de projetos de radiers estaqueados, em solos argilosos. Neste artigo, o autor comentaa realização de ensaios em modelo reduzido de radier sobre 9, 25, 49 e 81 estacas em


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amostras reconsolidadas da argila de Londres. As estacas possuíam diâmetro de 3,2mm e

variou-se o comprimento e espaçamentos entre as estacas.

Figura 2.5 – Comparação do comportamento de um radier sobre 49 estacas, grupo de estacas

(7x7) e um radier isolado (modificado – Cooke, 1986).

Dentre os seus comentários, destacam-se :

- em um radier estaqueado, a contribuição do radier é maior quanto menor o

comprimento e número de estacas;

- para qualquer número de estacas, a contribuição do radier, quanto à

capacidade de carga, cresce rapidamente com o aumento do espaçamento

entre as estacas;

- até um espaçamento S/D = 4 (sendo S o espaçamento e D o diâmetro), a

capacidade de carga do radier estaqueado depende diretamente da largura doradier;

- as estacas apresentam melhor desempenho na redução dos recalques do

radier quando são longas (relação comprimento da estaca/largura do radier

>10);

- o radier estaqueado é mais rígido (razão carga/recalque) do que o grupo de

estacas sem o contato do bloco, mas para a carga de trabalho (FS entre 2 e

3), o acréscimo na rigidez não foi grande, sendo que nos ensaios nãoultrapassou 30% (ver Figura 2.5);


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20

- para grupos com o contato com o solo, o fator de eficiência também foi

decrescente com o aumento do número de estacas, mas crescente com o

aumento do espaçamento entre as estacas, o que pode ser explicado pelo

aumento da área de contato, entre as estacas, do bloco com o solo,

similarmente ao observado por Cooke (1986);

- a rigidez de grupos de estacas sem o contato bloco/solo foi menor do que

quando o bloco tocava a superfície do solo.

Vale a pena destacar que os testes, realizados por Garg (1979), foram apenas com

grupos de estacas com pequenos espaçamentos entre as mesmas, típico do projeto tradicional

de um grupo de estacas, e não abordaram situações mais genéricas de um radier estaqueado

com maiores espaçamentos entre as estacas.

Liu et al. (1985) apresentaram os resultados de uma impressionante série de 51

provas de carga de estacas isoladas e grupos de estacas, num total de 330 estacas escavadas

ensaiadas nesta bateria de testes. Esses autores variaram as características dos testes nos

seguintes intervalos :

Diâmetro : 12,5 a 33cm;

Comprimento da estaca : 8D a 23 D (D = diâmetro);

Espaçamento : 2D a 6D;

Número de estacas no grupo : 2 a 16;

Com e sem inundação anterior ao ensaio.

Estes testes foram realizados na China, próximos à uma barragem do Rio Amarelo,

em um depósito de areia siltosa uniforme, com índices de vazios entre 0,85 a 0,95 e grau de

saturação entre 40-50%, com reologia não declarada. Destacam-se, abaixo, algumas

observações citadas pelos autores:

- no teste de um grupo de 9 estacas, espaçamento 3D e o bloco apoiado no

solo, a estaca central absorveu a menor carga dentre as estacas até acompleta mobilização da capacidade de carga das estacas externas.

Entretanto, após este ponto, a estaca central passou a absorver a maior carga

(maior carga última), fato que os autores atribuíram ao maior acréscimo nas

tensões horizontais de confinamento desta estaca;

- o comprimento da estaca (L) em relação ao tamanho do bloco (B)

influenciou na forma de mobilização do atrito lateral. Para valores de

L/B>1,5, o atrito lateral foi maior do que o encontrado para uma estacaisolada. Quando a relação L/B era inferior a 1 (um), o valor da parcela de


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onde : Gs e G b = fatores devido à interação estaca/solo/estaca;

cs e c b = fatores devido à interação radier/solo/estaca.

Segundo Liu et al. (1985), os parâmetros “ηs” e “η b” podem assumir valores tanto

maiores como menores do que “1”, dependendo do número de estacas, espaçamento e

comprimento relativo das estacas (L/B). Nos testes realizados ficaram entre 0,36 e 1,51.

No Brasil, poucos foram os trabalhos em que se realizaram testes de campo em

grupos de estacas instrumentadas, a fim de separar a carga suportada pelas estacas e pelo

bloco. Dentre estes, encontra-se a série de provas de carga realizada no Campo Experimental

da Universidade de São Paulo, situado no campus de São Carlos, com grupos de 2, 3 e 4

estacas, onde se mediu a carga em cada estaca, bem como a pressão em alguns pontos sob o

bloco (geralmente no ponto central). Diversos autores publicaram estes resultados (Senna Jr et

al., 1993; Fernandes, 1995; Rezende, 1995 entre outros). Um dos objetivos dos pesquisadores

da USP de São Carlos era avaliar a contribuição do bloco quando em contato com o solo, mas

em uma configuração típica de “projeto em grupos de estacas” com espaçamento entre as

estacas de 3D e bloco rígido. Verificou-se que a carga absorvida pelo bloco variou entre 9 e

16% da carga total próximo à ruptura do sistema de fundação, porém a carga no bloco era

inferior a 5% do total quando menos de 50% da carga última estava aplicada (solo com teor

de umidade natural).

Vale a pena destacar que o solo em questão é semelhante ao da região de Brasília,

por se tratar de uma camada superficial de argila altamente intemperizada, estruturada, de

baixa capacidade de suporte e comportamento colapsível. Os resultados encontrados estão de

acordo com diversos outros trabalhos, como o de Poulos (1989), que afirmam que grupos de

estacas, com pequeno espaçamento entre as estacas e assentados sobre um solo de baixa

capacidade de suporte, terão apenas uma pequena parcela de carga absorvida pelo bloco e a

sua consideração é perfeitamente desprezível na resposta da fundação.

Décourt et al. (1995) relataram a realização de uma prova de carga de uma sapata

quadrada (2,5 x 2,5 x 1,6m) sobre uma estaca (D= 50cm e L= 10m) em um saprólito de

migmatito, cuja textura era a de uma areia siltosa. A prova de carga foi realizada através do

método de carregamento lento (SML), acompanhado do descarregamento e posterior ensaio

com carregamento rápido (QML). Ambos os resultados foram semelhantes, tendo a estaca

absorvido na faixa de 20 a 35% da carga atuante. Este ensaio foi levado a altos níveis de

carga, suficiente para mobilizar totalmente o valor último de capacidade de carga da estaca.Uma análise deste ensaio será feita no Capítulo 6.


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Décourt (1996) e Campos & Sobrinho (1996) relataram sobre outra prova de carga

de uma sapata de 1,8x1,8x1,6m sobre uma estaca (D = 50cm e 9,6m de comprimento),

devidamente instrumentada. Embora tenha-se chegado a um alto valor de carga atuante no

sistema de fundação (7,2 MN), devido a problemas técnicos não foi possível medir a

porcentagem de carga absorvida em cada elemento.

Nacionalmente, dois termos específicos ficaram conhecidos para caracterizar a

associação de uma sapata com uma estaca. Décourt (1994) empregou o termo "estaca-T" se

referindo a uma sapata apoiada sobre uma estaca centrada. Val (1995) adotou "estapata" para

definir a combinação de uma sapata e uma estaca, mas que não estariam interligados

inicialmente. Um pequeno espaço seria deixado entre as partes a fim de que a sapata

suportasse uma maior parcela inicial de carga. Infelizmente poucos trabalhos comentaram o

desempenho destas configurações.

2.3.4 – Desempenho de obras

Poucos ainda são os relatos de obras cujas fundações foram projetadas em “radier

estaqueado” tirando proveito da interação radier-solo-estaca.

O’Neill et al. (1996) apresentaram ao Comitê Técnico (TC-18) da ISSMFE um

relatório dos principais casos históricos de obras encontrados na literatura, cujas fundações

foram em radier estaqueado. Estes autores colecionaram 15 casos históricos de edifícios

residenciais ou não, nos quais a fundação era composta pela associação de um radier com um

grupo de estacas. Destaca-se, porém, que mais da metade desta relação ainda foi concebida e

projetada para funcionar como “grupo de estacas tradicionais”. Comentam-se, a seguir, 7

casos de obras recentes com a fundação projetada segundo o conceito de “radier estaqueado”.

2.3.4.1 – Messeturm (Alemanha)

Com 256m de altura, este é um dos edifícios mais altos da Europa. A Figura 2.6

mostra uma comparação de seu perfil com outras grandes obras da cidade de Frankfurt-

Alemanha. Construído na segunda metade da década de 80, tal obra já teve o seu desempenho

relatado e analisado por diversos autores (Sommer et al., 1985; Sommer, 1993; Franke, 1991;

Franke et al., 1994; El-Mossalamy & Franke, 1997 entre outros). A Figura 2.7 apresenta a

disposição das estacas, bem como a instrumentação empregada nesta obra.


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Figura 2.6 – Edifício Messeturm e outros em Frankfurt (modificado – El-Mossalamy &

Franke, 1997)

O solo local é constituído por uma matriz de argila sedimentar (argila de Frankfurt),

pré-adensada, do período terciário, intercalada por veios de areia, até a profundidade de 70m.

O teor de umidade natural era de 35 ± 10% (próximo ao valor de LP). A resistência não-

drenada desta argila apresentava valores crescentes com a profundidade, partindo de 100 kPa

na cota do radier até valores entre 200 e 300 kPa na profundidade da ponta das estacas. O

lençol freático se encontrava a 7m da superfície.Uma fundação em radier isolado para esta obra já seria suficiente em termos de

capacidade de carga, pois apresentava um Fator de Segurança (FS) entre 3,4 (com parâmetros

não-drenados) a 5,6 (para parâmetros drenados). Entretanto, a estimativa dos recalques se

aproximava a 40mm, e foi considerada exagerada. Optou-se pela inclusão de algumas estacas

(64) à fundação, de tal forma que estas estacas atingiriam os valores máximos de capacidade

de suporte. A capacidade de carga das 64 estacas representava uma parcela de apenas 7 a 12%

da capacidade do radier isolado, ou seja, as estacas foram utilizadas como verdadeiros“elementos redutores de recalques”.


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Segundo El-Mossalamy & Franke (1997), comparando-se a fundação em radier

estaqueado com a hipótese de um radier isolado, obteve-se :

- redução do recalque máximo em 55%;

- redução do recalque diferencial em 60%;

- redução dos momentos fletores no radier em 35%.

A instrumentação da fundação constatou os seguintes fatos interessantes :

- as estacas realmente atingiram suas capacidades máximas de carga, sendo

que o atrito lateral máximo foi mobilizado de baixo para cima, inversamente

ao comportamento típico de uma estaca isolada;

- as estacas absorveram 60% da carga total, contra os 55% estimados;

- o efeito da interação com os outros elementos aumentou a capacidade de

carga individual das estacas entre 10 a 20%, e tornou o comportamento

destas estacas menos rígido quando comparado à estaca isolada;

- para baixos valores de carga, as estacas externas absorveram maiores cargas.

À medida que se aproximou da mobilização máxima de carga nas estacas,

os valores de carga, suportados por todas as estacas, ficaram bem próximos.

Randolph (1994) criticou a concepção deste projeto por não ter incluído estacas na

região central do radier, o que teria sido responsável pelos recalques diferenciais ainda

observados (distorções angulares na faixa de 1:4000). Esse autor sugeriu que a inclusão de

algumas poucas estacas na região central poderiam praticamente anular este recalque

diferencial do radier estaqueado.


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Figura 2.7 – Fundação do Ed. Messeturm (modificado – El-Mossalamy & Franke, 1997).

8/19/2019 002-2000 Doutorado

002-2000 Doutorado. Analise Do Comportamento de Zapatas Estaqueadas

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