Breve Histórico sobre 25 anos de Projetos e Execuções de Fundações em Bloco-Sapata sobre Estacas nas Cidades de Maceió-AL, Aracaju-SE e Recife-PE Abel Galindo Marques, M.Sc. Prof. Adjunto, Universidade Federal de Alagoas – UFAL, Diretor da AGM Geotécnica Ltda, Maceió, Brasil,
[email protected] Juliane Andréia Figueiredo Marques, D.Sc. Responsável Técnico da AGM Geotécnica Ltda, Profa da FACET-CESMAC/FEJAL Maceió, Brasil,
[email protected] Ricardo Figueiredo Marques, M.Sc. Responsável Técnico da AGM Geotécnica Ltda, Maceió, Brasil,
[email protected] RESUMO: Neste trabalho relata-se uma experiência de 25 anos de sucesso em projetos e execução de bloco-sapata sobre estacas. Discorre-se sobre razões e circunstâncias que levaram à prática desse tipo de fundação na região costeira de Maceió-AL. São apresentados os fundamentos teóricos e práticos, com base em dezenas de provas de carga, e o bom desempenho das fundações de aproximadamente 500 edifícios com esse tipo de fundação. Também nas cidades de Aracaju-SE e Recife-PE, em terrenos que ofereciam boas condições para utilização do elemento de fundação bloco-sapata sobre estacas, esse tipo de fundação foi projetado e executado desde o início da década de 90. Mostram-se os resultados surpreendentes de uma prova de carga em uma estaca curtíssima (comprimento de 2,90 m), ensaiada com e sem o bloco-sapata, na cidade de Aracaju. Também são mostrados excelentes resultados de provas de carga em bloco-sapata com uma estaca e com três estacas, realizadas em Recife. PALAVRAS-CHAVE: bloco-sapata, estacas, região praieira.
1
INTRODUÇÃO
No perfil geotécnico da área praieira (sedimentos do Quaternário) de Maceió-AL, tem-se a partir da superfície, que se encontra numa altitude média de 2,5 metros em relação ao nível do mar, uns 2,0 metros iniciais de areias fofas, seguidas de 3 a 4 metros de areias com Nspt de 10 a 30 golpes, sobrejacente a areias finas siltosas, Nspt de 1 a 2 golpes e espessura média de 4,0 metros, que apóiam-se em areias compactas bastante espessas. Esse tipo de perfil geotécnico e a baixa carga admissível das estacas escavadas com bentonita, de pequeno diâmetro (25 a 40 cm), preenchidas com calda de cimento, que eram executadas em Maceió em meados da década de 80 do século passado, despertaram a idéia de se tirar proveito
da capacidade de carga daquela camada intermediária, com Nspt de 10 a 30 golpes. Em Marques e Marques (2005) tem-se um breve histórico da prática de fundações em Maceió. O presente artigo tem por objetivo apresentar um relato da experiência de 25 anos de sucesso em projetos e execução de bloco-sapata sobre estacas. Discorre-se sobre razões e circunstâncias que levaram à prática desse tipo de fundação na região costeira de Maceió, bem como são apresentados os resultados de provas de carga em bloco-sapata sobre estacas, executadas nas cidades de Maceió, Aracaju e Recife.
2 PRIMEIRA FUNDAÇÃO EM BLOCOSAPATA SOBRE ESTACA
Foi assim que em dezembro de 1986, teve-se o primeiro edifício com fundações em blocosapata sobre estacas. Trata-se do Edifício Samadhi, localizado no loteamento Stella Maris, bairro da Jatiuca em Maceió. O projeto de fundação desse edifício foi em bloco-sapata sobre 1; 2; 3 e 4 estacas. A Figura 1 apresenta o detalhamento do bloco-sapata sobre 4 estacas, em que a aba da sapata foi projetada com 55 cm de largura e 15 cm de altura.
apresentam-se alguns casos. O primeiro trata-se de um bloco-sapata, projetado para as fundações do Edifício Pátmos em Maceió no ano de 1998, com dimensões de base de 1,5 x 1,5 m, sobre estaca escavada, com bulbo, comprimento de 16 m e diâmetro de 0,40 m. A Figura 2 mostra o perfil do terreno juntamente com o perfil da estaca, e o resultado da prova de carga. Com o objetivo de se medir, inicialmente, o desempenho apenas da estaca, colocou-se entre o bloco-sapata e o terreno (concreto-magro) um isopor com 50 mm de espessura. Da interpretação da Figura 2, observa-se que: a) O bloco-sapata está apoiado em uma areia fina fofa, com Nspt entre 2 e 3; b) Após recalcar pouco mais de 50 mm (espessura do isopor), a estaca inicia um “mergulho” para a ruptura. 10 20 30 40
Nspt Prof
Classificação do Material
0
0 1
2
2
4
3
4
4
12
5
13
6
12 11
7 medianamente compacto, cor
10 2
9 10 11
2 8
12 13
21
14
25 27
15 16
29/28
Silte arenoso, fofo a cinza claro
8
12
30/27
Areia fina com silte, fofa, cor marrom e cinza escuro
17 18 19
Areia fina a média siltosa, fofa a compacta, cor cinza claro e escuro
Areia fina siltosa pouco argilosa, compacta, cor cinza claro
20
(a) CARGA(kN) (t) CARGA 0
200
400
600
800
Ao longo desses 25 anos foram executadas dezenas de provas de carga em bloco-sapata sobre estacas. Como exemplos de bons resultados e aprendizagem quanto ao desempenho desse tipo de fundação
1200
1400
1600
1800
D = 400 m m La = 16,0 m P = 1698,5 k N r = 84,87 m m
10
RECAL QUE (m m )
20
3 ALGUNS EXEMPLOS DE RESULTADOS DE PROVAS DE CARGA SOBRE O CONJUNTO BLOCO-SAPATA-ESTACA
1000
0
Figura 1. Bloco-sapata sobre 4 estacas, do Edifício Samadhi, em Maceió-AL.
30 40 50
A
60 70 80 90
(b)
Figura 2. (a) Perfil do terreno; (b) Curva carga x recalque do bloco-sapata-estaca.
Aplicando-se o método de extrapolação de Van Der Veen (1953), a carga de ruptura seria de 2060 kN, mas o processo é interrompido (ponto A da Figura 2b) no momento em o bloco-sapata também começa a trabalhar. Para essa nova situação a carga de ruptura obtida pelo mesmo processo de extrapolação passa para 2730 kN, representando um ganho de carga de 32%. Outro exemplo é o caso de um bloco-sapata sobre uma estaca curtíssima com comprimento de 2,90 m, diâmetro de 0,40 m e bulbo próximo à ponta com diâmetro estimado em 0,65 m, projetado para as fundações da Edifício da UNIT, em Aracaju-SE, em 2001. A estimativa do diâmetro do bulbo é baseada na relação entre o Nspt e o diâmetro do fuste, conforme Marques (2004). Neste caso, o bloco-sapata tinha dimensões de 1,3 x 1,3 m e apoiava-se em uma areia fina com Nspt em torno de 6 golpes. O solo da ponta da estaca era uma areia fina compacta, submersa. O isopor sob o bloco-sapata tinha espessura de 60 mm.
Na Figura 3a, tem-se a carga de ruptura explícita da estaca em 1090 kN. A Figura 3b, mostra o resultado da prova de carga sobre o conjunto bloco-sapata-estaca, no qual aplicouse carga desde o estágio zero até atingir a carga de 1506 kN (limite do sistema reativo). Aplicando-se Van Der Veen (1953) obteve-se uma carga de ruptura estimada em 2481 kN, correspondendo a um ganho de carga de 65%. O terceiro exemplo, ocorrido numa indústria localizada no interior do estado de Minas Gerais, mostra o caso de um aterro compactado com 2,0 m de espessura, apoiado (como se fosse um radier) em 216 estacas de 20 cm de diâmetro e comprimento de 9,0 m, espaçadas entre si de 1,80 m e cada estaca coroada com uma placa de concreto armado armado de dimensões 0,70 x 0,70 m e espessura de 10 cm. Essas placas funcionavam como captéis. As estacas foram projetadas para trabalharem como redutores de recalques. Sobre o aterro seria apoiado um tanque de 30 m de diâmetro e 20 m de altura. O perfil do terreno e da estaca são mostrados na Figura 4. 10
20
30
40
Nspt Prof Classificação do Material 2
0
4
1
5
2
4
(a)
3
4
4
2
5
2
6
2
7
5
8
7
9
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10
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15
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19
13 14
Argila arenosa de consistência de mole a média, cor marrom claro
Argila silte arenosa, consistência mole a média, cor marrom claro
Argila silte arenosa, consistência rija a muito rija, cor variegada
15 16 17 18 19 20
Figura 4. Perfil do subsolo e da estaca (Marques e Marques, 2002).
(b) Figura 3. (a) Curva carga x recalque da estaca isolada; (b) Curva carga x recalque do conjunto bloco-sapata-estaca.
Foram executadas duas provas de carga, sendo o primeiro ensaio em uma estaca isoladamente apresentando carga de ruptura de 130 kN. O segundo ensaio foi executado em um
conjunto de 8 estacas, espaçadas entre si de 1,80 m, reunidas em um bloco de coroamento rígido cuja base tinha dimensões de 3,5 x 4,0 m. Neste conjunto aplicou-se 2222 kN e obteve-se 2,0 mm de recalque. Desta forma, coube para cada estaca e sua respectiva área de bloco-sapata (1,75 m2) uma carga de 277 kN, representando um ganho de 113%. Devido ao pequeno recalque e a consequente não definição da curva carga x recalque, não foi aplicado Van der Veen para obtenção da carga de ruptura por extrapolação. O último caso aqui apresentado trata-se do projeto de fundações, em outubro de 2006, do Edifício Studio Madison Residence, da Construtora Falcão Incorporações, localizado no Espinheiro, Recife-PE. A carga média dos pilares desse edifício era em torno de 4500 kN e o perfil geotécnico do subsolo está bem representado na Figura 5. N.A.Prof. -0,0
-5,0
-10,0
-15,0
-20,0
-25,0
-30,0
Nspt 9 3/26 12 13 6/46 4/53 8/45 6/31 4/27 7 7 7/31 6 7 8 9/32 7 7 3 5 7 8 7 5 7 5 5
impenetrável. Em um projeto convencional de fundações sobre estacas, estas teriam comprimentos em torno de 26 m. No projeto executado em bloco-sapata sobre estacas, projetou-se uma carga de 600 kN por estaca mais participação do bloco. As estacas (com bulbos) eram de 0,40 m de diâmetro e 12,0 m de comprimento. Nesse projeto os blocos-sapata tinham de 4 a 21 estacas. Para fins de estudos e aferição do projeto, foram executadas duas provas de carga, sendo uma em uma única estaca e outra num bloco-sapata sobre três estacas, cujos detalhes estão apresentados na Figura 6. Nesta figura as estacas destacas em vermelho foram as ensaiadas. O bloco-sapata ficou apoiado numa profundidade de 0,50 m em relação a “boca” do furo, cujo perfil é o apresentado na Figura 5.
Classificação do Material AREIA fina a média, siltosa com ocorrência de pouco material orgânico e pouco pedregulho, fofa a medianamente compacta. AREIA fina a grossa, pouco siltosa, medianamente a pouco compacta. AREIA fina a média, siltosa, fofa. SILTE argiloso com areia, consistência média. AREIA silte argilosa, fofa a pouco compacta. AREIA fina a grossa, siltosa, pouco a medianamente compacta.
AREIA fina a média, siltosa, pouco argilosa, fofa a pouco compacta.
SILTE argiloso, consistência mole. SILTE areno argiloso com ocorrência de pouco arenito, pouco compacto.
OBS.: Impenetrável a percussão aos 26,00 metros pela ocorrência de arenito. -35,0
-40,0
Figura 5. Perfil do subsolo.
Figura 6. Disposição em planta das estacas ensaiadas.
Nesse perfil observa-se a ocorrência de baixos valores de Nspts, até a profundidade de 26 m, aproximadamente, na qual ocorre o
Os resultados dessas provas de carga (Figura 7), mostraram que as cargas de projeto para a estaca e para o conjunto bloco-sapata-estaca
estavam muito conservadoras. Para a estaca isoladamente havia-se projetado uma carga de 400 kN. O teste de carga mostrou uma carga admissível convencional de 700 kN, que quando projetada (a estaca) como redutores de recalque, pode-se considerar uma carga de até 70% da carga de ruptura, ou seja, 1000 kN. No caso do bloco-sapata sobre 3 estacas, para recalques comuns em projetos dessa natureza que variam entre 2 a 3 cm, o teste mostrou uma carga por estaca, mais a participação do bloco, de 1200 kN, o que representa o dobro do valor da carga de projeto.
(a)
(b) Figura 7. (a) Curva carga x recalque da estaca isolada; (b) Curva carga x recalque do conjunto bloco-sapata sobre 3 estacas.
O resultado da prova de carga em uma estaca Rotativa-Injetada, com bulbos, aqui mostrado, veio mais uma vez demonstrar a contribuição espetacular dos bulbos na capacidade de carga desse tipo de estaca. O conhecimento corrente que se tem de estimativa de carga de ruptura de
uma estaca escavada com lama bentonítica com diâmetro de 40 cm, comprimento de 12 m, instalada num subsolo com Nspt médio ao longo do fuste de 6 golpes, Nspt este igual ao da ponta, seria um valor em torno de 450 kN. Como pode ser visto, esses bulbos deram um acréscimo de, aproximadamente, 1000 kN o que representa mais de 2 vezes o valor estimado para a estaca sem bulbos.
4 BREVES CONSIDERAÇÕES TEÓRICAS E EMPÍRICAS O método de cálculo estimado da carga admissível do conjunto bloco-sapata sobre estacas que fundamenta-se nas conhecidas técnicas de determinação de recalques de grupos de estacas, estática de estaqueamneto e determinação de recalques em sapatas, é uma metodologia que pode ser aplicada, com sucesso nesse tipo de fundação, desde que as considerações sobre recalques do bloco-sapata e das estacas sejam compatíveis com o perfil geotécnico do terreno. No trabalho de Val e Mello (1986) são apresentados fundamentos teóricos e exemplos práticos da contribuição do bloco de coroamento na capacidade de carga de grupos de estacas. Outros trabalhos clássicos, entre eles, Poulos e Davis (1980) que consta no livro “Pile Foundation Analysis and Design” para radiers estaqueados, e o trabalho de Burland et at. (1977), no qual as estacas são tratadas com redutores de recalques, podem também ser utilizados. Na prática, o item fundamental para que se tenha um bom desempenho do elemento da fundação, bloco-sapata e estacas, é o valor do recalque de ruptura da estaca. Evidentemente que estacas cuja a carga de ruptura ocorre para recalques pouco superiores a 10 mm, em geral, não são bons elementos para esse tipo de fundação.
5
CONCLUSÕES
O bom desempenho do elemento misto de fundação bloco-sapata-estaca observados nos ensaios de provas de carga dos exemplos apresentados, mostram o porquê das 500 edificações, aproximadamente, apoiadas nesse tipo de fundação não terem apresentado qualquer problema com fissuras, rachaduras ou até mesmo risco de desabamento, decorrentes de falhas de fundação. Os casos apresentados também mostram que o bloco-sapata é um bom aliado da estaca, no que concerne ganho de carga, até mesmo quando apoiado em solos de mais baixa resistência.
REFERÊNCIAS Associação Brasileira de Normas Técnicas (2010). NBR 6122: Projeto e Execução de Fundações. Rio de Janeiro. Associação Brasileira de Normas Técnicas (1996). NBR 12131: Estacas - Prova de Carga Estática. Rio de Janeiro. Burland, J.B., Broms, B. B. & de Mello, V. F. B. (1977). Behaviour of foundations and structures. Proc. 9th ICSMFE, Tokyo, 2: 495-546. Marques, A.G. e Marques, J.A.F. (2005) Prática de Fundações no Estado de Alagoas. In: Gusmão et al. vários editores. Geotecnia no Nordeste. 2 ed. Recife: Ed Universitária da UFPE. p. 247-264. Marques, J.A.F. (2004). Estudos de Estacas Escavadas de Pequeno Diâmetro, com Bulbos, Instrumentadas em Profundidade, em Terrenos Sedimentares. Tese de Doutorado – Escola Politécnica da Universidade de São Paulo-EPUSP, São Paulo. 319p. Marques, A.G. e Marques, J.A.F. (2002) Relatos de Obras em Estacas Escavadas com Bulbos, BlocoSapata e Armação Protegida com Tela de Nylon. 8º Congresso Nacional de Geotecnia. Lisboa, PT, Vol 2, p. 831-840. Poulos, H.G. e Davis, E.H. (1980) Pile Foundation Analysis and Design, John Wiley and Sons, New York, NY, USA, 397p. Val, E.C. e Mello, L.G.F.S. (1986) Estimativa da Contribuição do Bloco na Capacidade de Carga de Grupos de Estacas. VIII COBRAMSEG. Porto Alegre, RS. Vol 1, p. 297-307. Van Der Veen (1953). The Bearing Capacity of a Pile. In: 3 rd ICSMFE. vol. 2. p.84-90.
