Observação do Contato Concreto-Solo da Ponta de Estacas Hélice Contínua

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1 Observação do Contato Concreto-Solo da Ponta de Estacas Hélice Contínua Rubenei Novais Souza Petrobras S/A Rio de Janeiro - Brasil RESUMO: O trabalho apresenta uma verificação expedita realizada em uma obra em São Paulo, na qual se constatou que a ponta de duas estacas hélice contínua de 70 cm de diâmetro, apoiadas em argila siltosa dura, ficou com forma aproximadamente cônica, tendo contato com solo natural apenas na região central. Também são feitas algumas considerações sobre o mecanismo de mobilização de resistência de ponta desse tipo de estaca, conjugando resultados obtidos em provas de carga e implicações dos equipamentos e processo executivo. PALAVRAS CHAVE: Estacas hélice contínua, Resistência de ponta. 1 INTRODUÇÃO As estacas hélice contínua monitoradas constituem uma solução de fundação cada vez mais empregada em todo o Brasil, graças principalmente à agilidade executiva, ausência de vibração e, é claro, custo competitivo com as demais soluções de fundações profundas aplicáveis aos mesmos casos. Já é reconhecido pelo meio técnico que, em condições normais de execução e controle, as estacas hélice contínua monitoradas apresentam um desempenho na mobilização da parcela de resistência por atrito superior às estacas escavadas comuns e, considerando os princípios da Mecânica dos Solos, pode-se inferir que em solos compactos e/ou estruturados tal desempenho deve superar até as estacas de deslocamento, uma vez que neste caso o maciço tende a aumentar de volume e/ou alterar a sua estrutura perdendo resistência. A mobilização da resistência de ponta é, no entanto, uma questão bem mais controvertida. Apesar de um número significativo de provas de carga estática bem desenvolvidas, e até algumas provas de carga bem conduzidas em estacas instrumentadas em profundidade, como as apresentadas por Albuquerque et al (2001), o conhecimento definitivo deste mecanismo ainda está por ser estabelecido. Provavelmente a boa convivência de projetistas e executores com a incerteza sobre o mecanismo de mobilização de resistência de ponta dessas estacas deve-se principalmente a dois motivos: a) geralmente as estacas hélice contínua são projetadas com capacidade de carga predominantemente por atrito; b) a maioria dos métodos semi-empíricos utilizados leva a uma previsão subestimada da resistência por atrito, resultando que, mesmo quando prevista em projeto, não ocorre mobilização de parcela significativa da resistência de ponta para equilibrar a carga de trabalho. A questão é que, com a utilização cada vez mais disseminada, já começam a ocorrer casos em que essas duas condições não são observadas, podendo resultar em recalques excessivos das fundações. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo enfatizar a necessidade da melhoria do conhecimento do comportamento de ponta das estacas hélice contínua, apresentando algumas considerações sobre o mecanismo de mobilização desta parcela de resistência, bem como trazer uma pequena contribuição neste processo com o relato da observação do contato concreto-solo da ponta de duas estacas executadas na cidade de São Paulo. 2 MECANISMO DE MOBILIZAÇÃO DE RESISTÊNCIA DE PONTA DE ESTACAS HÉLICE CONTINUA

2 Considerando as características dos equipamentos empregados e o procedimento executivo das estacas hélice contínua, é possível inferir que, em relação ao contato concreto-solo na ponta, existem as seguintes possibilidades: a) O material escavado e não removido pelo trado é de pequena quantidade, de modo que a mobilização da resistência de ponta é governada pelas características naturais do solo; b) O material escavado e não removido pelo trado é de grande quantidade, mas a concretagem da estaca promove uma mistura razoavelmente homogênea com resistência final maior ou igual à do solo natural, resultando que, também neste caso, a mobilização da resistência de ponta é governada pelas características naturais do solo; c) O material escavado e não removido pelo trado é de grande quantidade e a concretagem da estaca não promove uma mistura homogênea. Porém, no início da concretagem ocorre uma expulsão do solo solto para a periferia da estaca, formando uma ponta cônica, de modo que a mobilização da resistência de ponta é governada pelas características naturais do solo, mas correspondente à uma estaca de menor diâmetro; d) O material escavado e não removido pelo trado é de grande quantidade e a concretagem da estaca não promove uma mistura homogênea. O concreto aplicado fica sobreposto ao solo solto, o qual pode sofrer alguma densificação, mas certamente insuficiente para restituir as suas características naturais de resistência e deformabilidade. Neste caso a mobilização da resistência de ponta se dá com uma rigidez muito baixa até que, após recalques elevados, a camada de solo solto seja devidamente densificada, quando o processo passaria a ser governado pelas características do solo natural. Provavelmente os fatores determinantes da ocorrência de uma das possibilidades citadas, ou de combinações delas, são os detalhes geométricos dos dentes ao final do trado, cuidados do operador no final da perfuração e início da concretagem e, também, o tipo de solo. Mas em que condições tais fatores poderiam conduzir ao melhor desempenho da mobilização da resistência de ponta, de preferência as possibilidades a) ou b), não são satisfatoriamente conhecidas. Souza e Couso Jr. (1997) analisaram 8 estacas submetidas a provas de carga estática, não instrumentadas, mas com recalques suficientes para que se verificassem claramente o completo esgotamento do atrito lateral e início da mobilização franca da resistência de ponta. Apesar de não se conhecer o limite da resistência de ponta dessas estacas, foi possível verificar que a rigidez da sua mobilização, isto é, a relação entre a tensão mobilizada na ponta e o seu deslocamento, é muito variável e não tem correlação com o tipo e resistência do solo local. Tal constatação levou a inferir que os aspectos executivos como a geometria dos dentes ao final do trado, e os cuidados do operador no final da perfuração e início da concretagem, têm influência preponderante em relação às características naturais do solo na mobilização da resistência de ponta de estacas hélice contínua. O trabalho de Alonso (1996), analisado por Souza (1997), mostra que, diante da falta de instrumentação em profundidade, e da normalmente alta capacidade de carga mobilizada com pequenos recalques, alguns autores, analisando provas de carga em estacas hélice contínua, tendem a atribuir à ponta parcela de resistência que, considerando os aspectos executivos e a deformabilidade do solo e da estaca, seguramente é devida ao atrito lateral. A CARGA NO TOPO [tf] DESLOCAMENTO [mm] Figura 1 apresenta o caso de uma estaca hélice contínua de 80 cm de diâmetro que foi perfurada até o limite da capacidade de uma

3 perfuratriz de grande porte, tendo portanto a ponta em solo de grande resistência, como de fato confirma a sondagem do local. Nota-se que a mobilização da resistência de ponta se dá a custa de deslocamentos muito grandes, incompatíveis com a resistência natural do solo local. Além disso, apesar da significativa carga residual presa na ponta ao final do primeiro carregamento, verifica-se que o recalque da ordem de 10 cm não foi suficiente para cravar a estaca até o solo natural, eliminando a influência do solo solto provavelmente existente na ponta. e ômega-, com 12m de profundidade, os referidos autores relatam que, sob este aspecto, tais estacas apresentaram um comportamento intermediário entre as estacas escavadas comuns (tipo broca) e as estacas ômega. A média da rigidez da mobilização da resistência de ponta foi de 6,0, 79,2 e 194,2 kpa/mm e a variação dos valores obtidos em torno destas médias foram de cerca de ±80%, ±30% e ±10%, respectivamente paras as estacas tipo broca, hélice contínua e ômega, denotando indubitavelmente a influência do material solto sob a ponta da estaca. 400 CARGA NO TOPO [tf] DESLOCAMENTO [mm] Figura 1: Prova de carga em estaca hélice contínua executada em São Paulo, na Vila Madalena, perfurada até o limite da capacidade de uma perfuratriz de grande porte. Albuquerque et al (2001) relatam a existência de solo solto sob a ponta de estacas hélice contínua de 40 cm de diâmetro, executadas em solo residual de diabásio, silte argilo-arenoso fofo. Após pesquisa que contemplou a execução, ensaio e extração de 3 estacas de cada tipo -escavadas, hélice contínua 3 VERIFICAÇÃO EXPEDITA REALIZADA. Com o objetivo de investigar o contato concreto-solo da ponta de estacas hélice contínua, foi realizada uma verificação expedita, em uma obra real, conforme a descrição que segue. 1) 1) Seguindo o mesmo procedimento de execução das estacas que constituíam as fundações de um edifício, foram executadas duas estacas com diâmetro de 70 cm e aproximadamente 5,5m de profundidade, mais curtas que as estacas da obra, mas com a ponta no mesmo horizonte geológico, uma argila siltosa dura, conforme se verifica na Figura 2. A Figura 3 mostra as características do trado de perfuração das estacas e a Figura 4 apresenta os dados do sistema de monitoração.

4 Figura 2: Sondagem próxima às estacas executadas. Figura 3: Características do trato de perfuração das estacas.

5 Figura 4: Dados do sistema de monitoração de uma das estacas 2) Após a cura das estacas, um poço adjacente foi cuidadosamente escavado manualmente até aproximadamente 0,50 m abaixo da ponta das estacas, conforme indicado na Figura 5. Figura 5: Escavação para investigação da ponta das estacas

6 3) Em seguida o autor desceu no poço para verificar o contato concreto-solo da ponta da estaca. Foi possível observar uma região no contorno da seção transversal da estaca, com cerca de 15 cm de largura e altura de aproximadamente 10 cm na linha da borda da estaca, na qual o solo estava mole, retirado facilmente com a mão, ficando exposta a forma aproximadamente cônica da ponta da estaca. No trecho central o concreto estava apoiado em solo bom, com as suas características naturais de resistência e deformabilidade. A Figura 6 mostra a verificação feita. Figura 6: Vista da ponta de uma das estacas A forma da ponta das estacas observada na verificação relatada acima leva a inferir que o fluxo de concreto no início da concretagem contribuiu para concentrar o material solto na periferia da estaca e que o volume do mesmo foi significativo, tendo reduzido a área de contato da ponta da estaca com solo natural a apenas cerca de 30% da área nominal. Esta condição corresponde a uma das possibilidades indesejáveis do mecanismo de mobilização de resistência de ponta de estacas hélice contínua mencionadas neste trabalho. 4 CONCLUSÃO As considerações feitas neste trabalho, e os diversos resultados de provas de carga analisados, mostram que as estacas hélice contínua tendem a apresentar solo solto na ponta que pode ser determinante no seu comportamento. Neste caso, a estimativa da capacidade de carga considerando a parcela devida à ponta proporcional à sua área e à resistência natural do solo, como propõe a maioria dos métodos utilizados, não representa a realidade. A constatação da ponta com forma aproximadamente cônica, com contato com solo natural apenas no trecho central, feita na verificação expedita apresentada, é praticamente qualitativa, pode ser um caso particular do equipamento e tipo de solo envolvidos, mas mostra que, para a representação mais realista da mobilização da resistência de ponta em estacas hélice contínua, é preciso um esforço dos projetistas e executores para se executar provas de carga em estacas instrumentadas, de preferência em condições de serem posteriormente escavadas e vistoriadas. REFERÊNCIAS

7 (Albuquerque et al 2001) Comportamento à compressão de estacas escavadas, hélice contínua e hélice tipo ômega, em solo residual de diabásio. Parceria: UNICAMP, EPUSP, FAPESP, CNPq, ABMS e FUNDESP. Gráfica e Editora Nobre.. ALONSO, U. R. Interpretação de provas de carga axial em estacas hélice contínua monitoradas na execução. Revista Solos e Rochas, v.19, n.3, pp , R. N (1996). Discussão sobre o artigo Interpretação de provas de carga axial em estacas hélice contínua monitoradas na execução, de Alonso. Revista Solos e Rochas, v.20, n.1, pp.64-65, R. N. e COUSO Jr (1997), E. Considerações sobre o comportamento de estacas tipo hélice contínua. Revista Solos e Rochas, v.20, n.2, pp