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Artur Alan de Castro - Correlação Entre Resultados de Sondagens Tipo DPL e Prova de Carga Em Placa No (1)

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  Correlação entre resultados de sondagens tipo DPL e prova de carga em placa no solo de Sinop - MT Correlation between results of DPL probes and plate load test in the soil of Sinop - MT  Artur Alan de Castro 1 , Flavio Alessandro Crispim 2 Resumo:  Neste trabalho foram analisados 5 ensaios DPL, com o objetivo de determinar a capacidade de carga em solo sedimentar e servir como parâmetro para projetistas no dimensionamento de fundações superficiais. Os ensaios foram todos realizados no município de Sinop - MT, em 3 locais distintos. O procedimento de ensaio consiste na cravação de uma ponteira cônica, de forma contínua no terreno, em uma velocidade entre 15 e 30 golpes por minuto, fazendo-se o registro do número de golpes para cada 100 mm de penetração ( N 10 ). Obtém-se então o perfil de resistência do solo. Para correlação dos valores obtidos, foram analisados 5 ensaios de prova de carga nos mesmos locais onde foram executados os ensaios DPL. Chegou-se então a conclusão de que o ensaio DPL é uma alternativa na determinação da capacidade de carga para solos moles. A tensão admissível obtida por ensaio DPL foi aproximadamente 6% menor que a encontrada através de ensaio de prova de carga, com R² igual a 0,77. Palavras-chave:  Ensaios DPL; fundações superficiais; ensaio de prova de carga; tensão admissível. Abstract: In this paper were analyzed five DPL probes, in order to determine the bearing capacity of sedimentary soils and to serve as a benchmark for shallow foundations designers. The tests were all performed in Sinop-MT (Brazil) in three different places. The test procedure consists of crimping a cone shaped probe continuously into the ground at a speed between 15 and 30 strokes per minute. Each 100 mm of penetration is marked by the number of blows ( N 10 ). Thereby is obtained the soil bearing capacity profile. For obtained values correlations were analyzed 5 proof load tests at the same sites where the DPL probes were performed. Finally, it was concluded that the DPL test is an alternative to determine the bearing capacity of soft soils. The allowable stress obtained by DPL trial was approximately 6% lower than that found through proof load test, with R² of 0.77. Keywords:  DPL probes; shallow foundations; proof load tests; allowable stress. 1 Introdução  A grande maioria das fundações superficiais, principalmente no estado de Mato Grosso, é realizada de forma despreocupada, apenas com embasamento adquirido com a vivência dos construtores. Muito dificilmente são realizados ensaios geotécnicos para determinação das características dos solos, sendo o projeto de fundações feito com base em outros projetos e conhecimento empírico. Isto não é adequado, pois a resistência do solo varia de uma região para outra mesmo se tratando de um mesmo tipo solo. Muitas vezes se deixa de fazer um ensaio de prospecção geotécnica devido ao elevado custo e ao tempo necessário para fazer esse estudo. O ensaio mais utilizado no Brasil e no estado de Mato Grosso é o SPT ( Standard Penetration Test  ), porém o ensaio acaba se tornando caro devido a não disponibilidade do aparelho na cidade, o que leva os construtores a optarem por realiza-lo apenas para obras de grande porte. O ensaio de prova de carga é o método mais indicado para estimativa de recalque de fundações superficiais, pois simula como o solo reagiria a situações reais através de um ensaio em placa circular metálica ou até mesmo utilizando uma sapata real, porém também esbarra no tempo necessário e no elevado custo. O ensaio DPL ( Penetrômetro Dinâmico Leve ), tem sido utilizado como uma alternativa na prospecção geotécnica. É uma boa alternativa para obras de pequeno porte devido a sua fácil mobilização, o aparelho é de fácil transporte e manuseio; baixo custo, e boa produtividade, apresentando assim vantagem em relação ao SPT. Deste modo, esse trabalho tem como objetivo a determinação da capacidade de carga do solo de Sinop-MT a partir de ensaio DPL, a obtenção da correlação com ensaio de prova de carga em placa e a validação do método de cálculo proposto por Huarte (S.D.). Assim servirá como parâmetro para o meio técnico na determinação da capacidade de carga do solo e dimensionamento de fundações superficiais. 2 Revisão Teórica  As fundações são os elementos responsáveis por transmitir os esforços das edificações ao solo e podem ser divididas em fundações superficiais e fundações profundas.  As fundações superficiais dividem-se basicamente em blocos, sapatas e radier. Segundo a ABNT (2010) a fundação superficial é caracterizada por possuir a profundidade de assentamento inferior a duas vezes a menor dimensão do elemento de fundação, e é responsável por transmitir a carga ao terreno através das tensões distribuídas sob sua base. Ja as fundações profundas, segundo a ABNT (2010), caracterizam-se por possuir sua base assentada em uma profundidade superior a duas vezes sua menor dimensão em planta, e no mínimo 3 metros. É caracterizada ainda por transmitir as cargas ao solo pela sua ponta, sua superfície lateral, ou uma combinação das duas. 1  Graduando em Engenharia Civil, UNEMAT, Sinop, Brasil, artur_castro1@hotmail.com 2 Doutor, Professor, UNEMAT, Sinop, Brasil, crispim@unemat-net.com.br   A elaboração de projetos de fundações exige um conhecimento amplo dos solos. É necessário identificar e classificar as diversas camadas do subsolo analisado, avaliando as propriedades de engenharia necessárias ao projeto. As propriedades de engenharia podem ser determinadas tanto em laboratório quanto em ensaios de campo, porém, há predominância dos ensaios “ in situ ” (ALMEIDA et al., 1998). 2.1 Penetrômetro dinâmico leve (DPL) Segundo Alves Filho (2010), o aparelho caracteriza, de forma genérica, a estratigrafia local e as resistências dos solos com rapidez e eficiência, dada à praticidade, operacionalidade e baixo custo do equipamento utilizado. Para a execução é necessário apenas um sondador, auxiliado por um ou dois ajudantes, e o transporte pode ser feito em qualquer veículo leve. No Brasil, o ensaio não possui norma regulamentadora, então será utilizada a regulamentação utilizada pela União Europeia (AENOR, 2008). Esta norma abrange a determinação in situ da resistência à penetração dinâmica de uma ponteira cônica, através de um martelo de massa e altura de queda conhecidos. A penetração é definida como o número de golpes necessários para penetrar a ponteira cônica em determinado comprimento (AENOR, 2008). O procedimento de ensaio consiste na cravação do penetrômetro de forma contínua no terreno, em uma velocidade entre 15 e 30 golpes por minuto, fazendo-se o registro do número de golpes para cada 100 mm de penetração (  10 ). Obtém-se então o perfil de resistência do solo, e o nível d’água através do furo de cravação do aparelho (AENOR, 2008).  A Figura 1 apresenta o esquema de um aparelho DP. Figura 1 - Esquema geral de um DP. Fonte: PINTO, 2012.  As empresas que fazem ensaios de prospecção estão distantes da região norte de Mato Grosso, então a mobilização desses equipamentos acaba elevando o custo dos ensaios, apresentando então vantagem no uso do DPL, devido ser um ensaio de baixo custo e fácil mobilização. O fato das obras executadas em Sinop serem predominantemente de pequeno porte é outro fator que pesa a favor da utilização do DPL, pois o custo dos ensaios deve ser baixo para tornar viável a realização desses estudos. Pinto (2012) apresenta resultados de ensaios DPL na região de Sinop e Itaúba  –  MT, e mostra que o aparelho apresenta resposta adequada ao solo, apresentando curvas de penetração com forma similar à do ensaio SPT. Observa-se ainda que o DPL apresenta melhor resolução de variações e lentes de diferentes resistências no solo.  A Tabela 1 traz dados para intepretação de resultados de ensaios DPL para solos coesivos não saturados. Tabela 1 - Interpretação de resultados para solos coesivos não saturados N10 COMPACIDADE < 3 Muito mole 3 - 6 Mole 6 - 12 Médio 12 - 22 Rijo 22 - 45 Muito Rijo > 45 Duro Fonte: AZEVEDO e GUIMARÃES, 2009. Nilson (2004) apresenta resultados de comparações entre ensaios DPL e SPT na região de Curitiba  –  PR, Londrina  –  PR, Campinas  –  SP, e Brasília  –  DF. Os resultados mostram que o DPL apresenta boa resolução e avanço rápido em solos moles, como é o caso de Sinop. Sanchez et al. (2010) mostra bons resultados do ensaio DPL, correlacionado com ensaio SPT, na determinação da resistência do solo, tornando possível sua utilização em projetos de fundações de linhas de transmissão em solos do estado do Paraná. Nilson (2009) traz a utilização do DPL para taludes e (Nilson, 2011) apresenta a utilização do DPL para projetos rodoviários. O dimensionamento de fundações diretas pode ser feita através do DPL utilizando o método apresentado por Huarte (S. D., apud NILSON, 2008), através da Equação 1. 20q = dadm     (Equação 1) Sendo:    =  Tensão admissível do solo;    =  Resistência de ponta do cone.  A resistência de ponta é dada pela Equação 2. r q  d       m'mm = d  (Equação 2) Sendo:    =  Valores de resistência de ponta para o penetrômetro, (0,10/  10 ) para o DPL;  =  Massa do martelo, em kg; ′ =  Massa total das hastes de prolongação, da cabeça de impacto e das barras guias até a cota considerada, em kg;     =  Valores de resistência de trabalho para penetração no terreno. Para determinar a resistência de trabalho para penetrar no terreno pode ser utilizada a Equação 3. r E r   d teor  e A x = d   (Equação 3)   Sendo:    =  Energia teoricamente transmitida ao cone;   =  Área da base da ponta, em m²;  =  A penetração média, em m por golpe. Para determinar a energia teoricamente transmitida ao cone podemos utilizar a Equação 4. hx gx m= teor  E    (Equação 4)   Sendo:  =  Massa do martelo, em kg;  =  Aceleração da gravidade, em m/s²; ℎ =  Altura de queda do martelo, em m. 2.2 Prova de carga em placa O ensaio de prova de carga em placa é considerado uma das melhores opções para determinação de características de resistência do solo para fundações superficiais. Usualmente no Brasil se utilizam placas de ferro fundido com 0,80 m de diâmetro, e algumas vezes placas quadradas ou circulares com 0,30 m de lado ou diâmetro (ALMEIDA, et al. 1998). Segundo Costa (1999), o melhor método para determinação de recalques e capacidade de carga em fundações superficiais seria a utilização de um protótipo em tamanho real, com a carga de projeto atuante, porém se torna inviável devido ao tempo necessário e ao alto custo para a execução. Sendo assim o ensaio em placa se torna a melhor alternativa para determinar os parâmetros de tensão-recalque. O ensaio consiste em aplicações de cargas ao protótipo de fundação, afim de estimar a tensão admissível e o recalque correspondente a essa tensão (ALONO, 1991). Segundo Almeida et al. (1998), a tensão admissível (   ) é a menor entre  10  e ½  25 , respectivamente as tensões correspondentes a deformações de 10 mm 25 mm. Os autores salientam ainda que pode ater-se apenas a segunda condição, pois é sempre a mais crítica. Velloso e Lopes (1996, apud RUSSI, 2007) chamam atenção aos cuidados que devem ser tomados na execução e interpretação dos ensaios em placa. São eles:   Heterogeneidade: Deve ser observada a possibilidade de estratificação do terreno, que poderá modificar o comportamento da fundação com relação ao ensaio;   Presença do lençol freático: As deformações geradas por placas ensaiadas sobre areias submersas podem ser até duas vezes maiores que em areias secas ou úmidas;   Drenagem parcial: Para o caso de ensaios em solos argilosos, dependendo do critério de estabilização utilizado, pode estar ocorrendo adensamento e, dessa maneira, o recalque estará entre o instantâneo e o final, ou drenado;   Pode ocorrer uma forte não linearidade da curva carga-recalque, até mesmo na parte inicial da curva, e é possível também que ocorra também uma mudança de comportamento quando se atingir a tensão de pré-adensamento. Os resultados obtidos pela prova de carga resultam em um gráfico Tensão  x   Recalque como mostra a Figura 2. Figura 2 - Gráfico tensão  x   recalque. Fonte: Alonso (1991). 3 Metodologia 3.1 Localizações dos Ensaios Figura 3  –  Localização dos ensaios. Fonte: Adaptado de Google Earth (2014). Os ensaios DPL e prova de carga foram realizados em 3 locais distintos no município de Sinop-MT, representados na Figura 3.. O Local 01, então pátio da Constral Construtora, fica localizado nas coordenadas aproximadas 11°51'57.02 S e 55°29'36.43 O, o Local 02, canteiro de obras do campo de experimentos da Bayer CropScience, fica localizado nas coordenadas aproximadas 12° 2'6.76 S e 55°32'33.22 O e o Local 03, Laboratório de Solos da Universidade do Estado de Mato Grosso, Campus  Sinop-MT localiza-se nas coordenadas aproximadas 11°51'3.66 S e 55°30'56.21 O.  As coordenadas geográficas apresentadas foram obtidas a partir do software GoogleTM Earth (GOOGLE, 2014).  3.2 Equipamentos e Materiais 3.2.1 Ensaio DPL   Para o ensaio DPL, foi utilizado um aparelho construído por PINTO (2012) conforme prescreve a  AENOR (2008). O aparelho é constituído por barras extensoras de 1 m, 22 mm de diâmetro e roscas de 16 mm de diâmetro nas pontas, para acoplamento das barras. Possui também uma barra com coxim metálico que recebe os golpes do martelo. As características do aparelho estão expostas na Tabela 2. Tabela 2 - Características do aparelho Peça Comprimento (m) Massa (kg) Barra 1  –  Com ponteira 1,18 3,73 Barras de extensão  –  2 a 7 1,00 2,95 Barra 8  –  Com cabeça de bater Martelo de Bater 1,20 0,10 3,94 10 Fonte: PINTO, 2012.   A barra extensora, a barra com coxim metálico e o martelo são apresentados na Figura 4. Figura 4 - Detalhes das partes dos equipamentos. Fonte: Autor, 2015.  A ponteira do aparelho possui as dimensões apresentadas na Figura 5. Figura 5 - Detalhe da ponteira do DPL. Fonte: (PINTO, 2012). Para a extração do aparelho foi utilizado um guincho manual sobre uma base metálica (Figura 6). Figura 6 - Detalhe do guincho manual. Fonte: Autor, 2015. 3.2.2 Ensaio de prova de carga em placa Para o ensaio de prova de carga, foram utilizados os seguintes componentes: placa de aço de 0,80 m de diâmetro (Figura 7); macaco hidráulico com capacidade de 300 kN, munido de manômetro; caminhão basculante carregado, pesando aproximadamente 16 t, para o sistema de reação; extensômetros com curso de 30 mm e precisão de 0,01   mm; mão-de-obra para os serviços de escavação e montagem dos equipamentos. Figura 7 - Placa de aço (diâmetro 0,80 m). Fonte: Autor, 2015. 3.3 Método e montagem do ensaio 3.3.1 Ensaio DPL O ensaio foi realizado seguindo a norma europeia  AENOR (2008), iniciando pelo posicionamento do aparelho na vertical na superfície do terreno. A cravação do aparelho foi feita de forma contínua, com velocidade de 15 a 30 golpes por minuto, sendo registradas todas as interrupções superiores a 5 minutos. A cada 10 cm de penetração foi registrado o número de golpes (  10 ), sendo anotado o desvio quando a penetração foi superior a esse valor. Os
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