novo controle estacas cravadas

1. MEDIÇÃO CONTÍNUA
DA RESISTÊNCIA DE
ESTACA
SEM INSTRUMENTAÇÃO
NA CRAVAÇÃO
Nelson Aoki – Prof. Dr. Apos. -
EESC/USP

2. IMPACTO MARTELO CRAVAÇÃO ESTACA
É
CARREGAMENTO DINÂMICO

3. TODOS EVENTOS FÍSICOS SÃO DINÂMICOS
OBJETIVO CARREGAMENTO  DETERMINAR RESISTÊNCIA E DESLOCAMENTO MOBILIZADO NO IMPACTO
* Paraíso, S. C. (2017). Análise crítica de ensaios de carregamento dinâmico de energia
crescente em estacas de elevada capacidade resistente. Tese de Doutoramento em
Engenharia Civil – Universidade de Lisboa – Instituto Superior Técnico, Lisboa, Portugal.
*Tempo duração do carregamento (ms)
DURAÇÃO CARREGAMENTO VARIÁVEL
ECR
ECO
(serviço)
ECE
ECD
PROVAS CARGA: CARREGAMENTOS CRESCENTES
01
ECE
ESTÁTICO
ECE: ENSAIO CARREGAMENTO ESTÁTICO → PCE
ECR
RÁPIDO
ECR: ENSAIO CARREGAMENTO RÁPIDO → STATNAMIC
ECD
DINÂMICO
ECD: ENSAIO CARREGAMENTO DINÂMICO → DIET
ECO
OBRA
ECO: ENSAIO CARREGAMENTO SERVIÇO → OBRA

4. estático
(
v
=
0)
dinâmico
DIET ENSAIO DINÂMICO (v > 0)
MÉTODOS DETERMINAÇÃO RESISTÊNCIA ESTÁTICA
REAÇÃO ESTÁTICA EXIGE
VELOCIDADE CARREGAMENTO
IGUAL A ZERO
PCE
Q
w
B
A
C
Deslocamento v = 0
QMEC
MÉTODO CARGA MANTIDA AB  PCE (estabilização recalque no tempo)
QPCE
statnamic
STN ENSAIO STATNAMIC (v > 0)
CARREGAMENTO ESTÁTICO TRADICIONAL É DINÂMICO (PRECISA SER ESTABILIZADO OU EXTRAPOLADO NO TEMPO ) !
PROVAS
CARGA
DINÂMICAS
(v > 0) AC  MEC (estabilização carga no tempo) *
MÉTODO EQUILÍBRIO CARGA*
(ENSAIOS CARREGAMENTO x PONTOS PROVAS CARGA)
Deslocamento v = 0
zero loading rate curve →
Wnc
02
PCE
Increase in loading rate v > 0

5. Wnc
CARREGAMENTOS D R E → CURVA ESTÁTICA
CARGA (Q)
RECALQUE
(w)
0
Carregamento 3 ( v = 0)
3
Carregamento 1 ( v = 0)
1
MODELAGEM CARREGAMENTO DINÂMICO: TEORIA EQUAÇÃO ONDA LONGITUDINAL
D (DINÂMICO) ENSAIO DIET
Carregamento 2 ( v = 0)
2
R (RÁPIDO) ENSAIO STATNAMIC
E (ESTÁTICO) ENSAIO ESTÁTICO
03
DIFERENTES ENERGIAS APLICADAS PARA MESMO DESLOCAMENTO ESTÁTICO !

6. -3,000
-2,000
-1,000
0
1,000
2,000
3,000
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 5 10 15 20 25 30
Energy (TF.m) Disp (mm) FMX Vel * Imp (TF)
Tempo (ms)
Força
(tf)
Velocidade
x
Impedância
(tf)
Energia
(tf.m)
Deslocamento
w
(mm)
0
CURVAS CARREGAMENTO DINÂMICO: F V D E R
04
S
K
D
PREVISÃO NEGA E REPIQUE (1989)
Forças de reação → estática + inércia + amortecimento viscoso
𝒄𝟐
.
𝝏𝟐𝒘
𝝏𝒛𝟐 − 𝝉𝒆𝒔𝒕á𝒕𝒊𝒄𝒐 .
𝑼
𝝆.𝑨
−
𝝏𝟐𝒘
𝝏𝒕𝟐 − 𝝉𝒆𝒔𝒕á𝒕𝒊𝒄𝒐 .
𝑼
𝝆.𝑨
. 𝐽.
𝝏𝒘
𝝏𝒕
= 0
EQUAÇÃO DA ONDA:
(PROGRAMA PDA III)
F
C
VALORES F V D E R  máximos na velocidade v = 0

7. T
V
K
S
F
RESISTÊNCIAS MOBILIZADAS INSTANTE NO CARREGAMENTO
E
D
C
Rd
A
Wnc
O
Deslocamento
B
V = R. (S+K/2)  R = V/[S+K/2] 
S
K=C
2
+C
3
V = R. (S+D)/2  R = 2.V/(S+D)  TRAPÉZIO (MODELO DE SMITH)
V
K = C2 + C3
 PARCELAS C2 & C3 = 
R =
V = R. (S+D)/z  R = z.V/(S+D)  CURVA REAL → MÉTODO (S+D)
R = (RP + RL) → reação estática solo (v = 0)
(T – Ve) + Wnc = 0 (Princípio de Hamilton)
Js.R.v
R
Ve
V
( Reação solo (estática + inércia + amortecimento) instante (t)
05
D = DMX
V = EMX
R = RMX
S = SET
NOTAÇÃO PDI

8. FÓRMULA DINÂMICA NEGA S

9. CRAVAÇÃO TERMINA QUANDO SE ATINGE NEGA DE PROJETO
Penetração
DL
Número golpes
N
Peso martelo
W
Altura queda
H
DIAGRAMA
CRAVAÇÃO
CONTÍNUA
Diagrama
cravação
Resistência
mobilizada
1
Nega
S
06
FÓRMULAS
DINÂMICAS S
K
S = DL / N
Fórmulas
dinâmicas
cravação
NEGA S
 O comprimento executado deve ser comprovado posteriormente por PCE/DIET
Prova carga estática PCE ou DIET (Dynamic Increasing Energy Test) executadas após
a cravação da estaca devem comprovar a adequação do comprimento executado.
S = Sprojeto

10. 07
Fórmula
dinâmica
cravação
NEGA S
SUMMARY OF PILE DRIVING FORMULAS
Mede-se a resistência Ri mobilizada para nega Si ou repique Ki (C2i)
RESISTÊNCIA FÓRMULA DINÂMICA NEGA S & REPIQUE C2
 Parar a cravação quando a nega S for atingida caracterizando final da cravação (End Of Driving)
(Fórmula de Hiley) Chellis
Fórmula
REPIQUE
C2
C2=K-C3

11. NOVA FÓRMULA DINÂMICA
(S+D)

12. 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400
Recalque
D
(mm)
Resistência mobilizada R (tf)
1985
PDI
P
adm
=
600
tf
ORIGEM DIET - DYNAMIC INCREASING ENERGY TEST
RMX = 550 tf
DMX = 19 mm
Ru= 1400 tf
~
~
~
~
~
~
~
~
ENERGIA
CONSTANTE
X
ENERGIA
CRESCENTE
08
(PROVA CARGA DINAMICA ENERGIA CRESCENTE)
H4
H3
H2
H1
PDA: PONTO CURVA

13. PUBLICAÇÃO NOVO CONCEITO DE PROVA CARGA DINAMICA
1989
PCDEC
09

14. EVOLUÇÃO APLICAÇÃO MÉTODOS DINÂMICOS EQUAÇÃO ONDA
10
2013
(S+D)
2000
( PCDEC )
DIET
2018
DIET
=
PCE https://www.fellenius.net/papers/387%20Sixty%20y
ears%20of%20dynamic%20testing%20and%20anal
ysis.pdf
1997
RUPTURA
Rui
PRINCÍPIO HAMILTON
Ruptura ocorre se a
energia deformação torna-
se invariante
https://www.fellenius.net/papers/387%20Sixty%20years%20of%20dynamic%20testing%20and%20analysis.pdf

15. METODOLOGIA INSTRUMENTAÇÃO CONTÍNUA SISTEMA PDA 1ª ESTACA CRAVADA NA OBRA
 Parar a cravação quando a nega S for atingida caracterizando final da cravação (End Of Driving);
11
 Na primeira estaca teste realizar cravação com monitoração contínua pelo sistema PDA;
 Realizar ensaio DIET com PDA após a nega e depois de 2/4/8/24 horas e 15 dias do EOD;
 Registrar diagrama cravação: a cada profundidade atingida informar penetração DL, N, W e H;
CURVA CARGA-RECALQUE ENSAIO DIET DETERMINADOS COM FÓRMULA DINÂMICA (S+D)
CALIBRAÇÃO PARÂMETROS a, b, h, z , setup DA FÓRMULA DINÂMICA (S+D)
RESISTÊNCIA NOVA FÓRMULA DINÂMICA (S+D)
REALIZAÇÃO PROVA CARGA DIET SEM INSTRUMENTAÇÃO (PARÂMETROS FÓRMULA S+D)
 Fórmula dinâmica (S+D) → R =resistência = (z . h . W . H) / [(DL / N) + (a . h . W . H + b)]
 Determinar parâmetros h , z , a b setup a serem usados para obter resistência demais estacas;
 Valores básicos: W = peso martelo ; H = altura queda ; DL = penetração ; N = número golpes

16. RESISTÊNCIA NOVA FÓRMULA DINÂMICA (S+D)
Cota Blow Depth BlC RMX DMX EMX CSX CSI TSX CSB ETR SET z
m # m bllm tn mm tn-m Mpa Mpa Mpa Mpa (%) mm FINAL CRAVAÇÃO tf Rmx/RMX
-30,005 410 32,02 580 449 18 6,84 147 167 24 142 63 2 1,3 653 1,5
-30,005 415 32,02 580 510 18 7,01 147 160 25 160 65 2 1,4 655 1,3
-30,015 420 32,03 580 557 18 7,05 149 168 27 163 65 2 1,5 665 1,2
-30,025 425 32,04 580 627 18 7,45 155 169 32 185 69 2 1,7 686 1,1
-30,035 429 32,05 580 648 18 7,17 149 171 30 182 66 2 1,8 664 1,0
-30,035 430 32,05 580 371 9 2,01 76 87 16 90 19 2 2,0 348 0,9
-30,035 431 32,05 580 420 10 2,29 82 96 17 103 21 2 2,1 374 0,9
-30,035 432 32,05 580 428 10 2,36 825 96 17 104 22 2 2,1 377 0,9
-30,045 433 32,06 580 417 10 2,26 80 94 16 103 21 2 2,1 362 0,9
-30,045 434 32,06 580 424 10 2,36 82 96 17 105 22 2 2,1 371 0,9
-30,045 435 32,06 580 507 14 4,25 113 130 24 135 39 2 1,8 510 1,0
-30,045 436 32,06 580 519 13 3,78 106 121 23 131 35 2 2,0 477 0,9
-30,045 437 32,06 580 527 13 3,85 108 125 24 134 36 2 2,0 482 0,9
-30,045 438 32,06 580 548 14 4,32 114 128 25 143 40 2 2,0 516 0,9
-30,055 439 32,07 580 548 13 3,99 109 123 24 140 37 2 2,1 493 0,9
-30,055 440 32,07 580 586 16 5,86 135 154 29 159 54 2 1,8 608 1,0
-30,055 441 32,07 580 612 16 5,69 135 148 32 165 53 2 1,9 603 1,0
-30,055 442 32,07 580 617 16 5,73 134 153 30 163 53 2 1,9 599 1,0
-30,055 443 32,07 580 620 16 5,70 133 153 30 166 53 2 1,9 601 1,0
-30,055 444 32,07 580 622 16 5,60 133 148 32 167 52 2 1,9 595 1,0
-30,065 445 32,08 580 640 19 7,63 155 178 32 178 71 2 1,7 696 1,1
-30,065 446 32,08 580 666 18 7,40 155 173 35 186 69 2 1,8 686 1,0
-30,065 447 32,08 580 676 18 7,42 155 173 36 187 69 2 1,8 691 1,0
-30,065 448 32,08 580 679 18 7,11 150 171 37 186 66 2 1,9 669 1,0
-30,065 449 32,08 580 686 18 7,35 152 173 35 188 68 2 1,9 680 1,0
-30,065 450 32,08 580 699 20 8,94 170 192 36 195 83 2 1,7 763 1,1
-30,075 451 32,09 580 717 20 8,71 169 194 38 198 81 2 1,8 745 1,0
-30,075 452 32,09 580 744 20 8,81 169 197 38 202 82 2 1,8 757 1,0
-30,075 453 32,09 580 749 20 8,89 171 193 38 209 82 2 1,8 758 1,0
-30,075 454 32,09 580 762 20 8,77 168 197 39 209 81 2 1,9 748 1,0
-30,075 455 32,09 580 736 20 9,47 179 201 41 206 88 2 1,7 813 1,1
-30,075 456 32,09 580 770 20 9,15 173 203 39 212 85 2 1,9 768 1,0
-30,085 457 32,10 580 782 20 9,24 172 198 41 211 86 2 1,9 774 1,0
-30,085 458 32,10 580 803 20 9,22 173 200 41 216 85 2 1,9 773 1,0
-30,085 459 32,10 580 810 21 9,43 174 201 41 217 87 2 1,9 776 1,0
580,0 613,5 16,5 6,4 159,9 158,0 30,3 166,8 59,0 1,7 1,8 621,0 1,0
0,00 123,70 3,62 2,40 119,58 35,94 8,00 36,87 22,22 0,00 0,18 138,84 0,12
0,00 0,20 0,22 0,38 0,75 0,23 0,26 0,22 0,38 0,00 0,10 0,22 0,12
Média
Desvio padrão
Coef. var.
Rmx = z . EMX/(S+DMX)
Monitoração contínua PDA estaca inicial
D = a . Emx + b
S = ∆L / N
Cravação
contínua
Prova carga
dinâmica
DIET
estaca inicial
→ ( a , b )
Monitoração
continua
PDA
Estaca teste
→ ( h , z )
Emx = h.W.H =V
Fórmula
(S+D)
DIET
(S+D)
Fórmula
(S+D)
R =
z . Emx
S + D
12
1,0 < z < 2,0
Fórmula dinâmica calibrada com PDA
R = (z . h . W . H) / [(DL / N) + (a . h . W . H + b)]
D
Emx
O

17. FINALIDADE: COMPROVAÇÃO SEGURANÇA E RISCO DA OBRA
DIET
Curva
carga
recalque R - D
Curvas
estacas
obra
Curva resistência
obra
Rk
Valor
admissível
obra
Padm
(S+D)
Ponto
curva
Fórmula (S+D) calibrada monitoração estaca teste
13
Comprovação segurança do estaqueamento
Valor admissível: Padm ≤ Rk / FSg
Valor de cálculo: Rd ≤ Rk / gm
mR Rk vR
Padm = Rk / FSg
Análise probabilidade ruína e risco
-∞ -∞
vS = 0 →
pf = 1- DIST.NORM ( b ; 0 ; 1 ; verdadeiro)
Risco = pf .vulnerabilidade.custo obra
β =
(1−
1
FSg. gR
)
vR
= fator confiabilidade

18. COMPROVAÇÃO PESQUISA ACADÊMICA

19. Otimização comprimentos estacas ecológicas
T3
Superfície pontas estacas
(saprólito residual gnaisse)
T1
T2
T3
T4
T5
T6
https://www.poli.usp.br/evento/cics-talks-inovacao-em-fundacoes-com-estaca-metalica-pesquisa-e-resultados
CICS TALKS – Inovação em Fundações com estaca metálica: Pesquisa e resultados - 22 de julho 2020 Apresentação do
Eng. Nelson Aoki
Controle (S+D) permite detectar comprimentos mínimos para atender
à carga admissível de projeto
vR= 0
ESTAQUEAMENTO EDIFÍCIO INTELIGENTE CICS USP
CONSERVAÇÃO ENERGIA TÉRMICA
T3
14

20. Murari, M.C.F.; Tsuha, C.H.C.; Aoki, N.; Campo, H.H.P.; Kotovicz, I. – Evolução da transferência de carga e “set-up” de fundações por estacas tubulares metálicas cravadas: estudo de caso. XX Congresso Brasileiro
de Mecânica dos Solos e Engenharia Geotécnica. IX Simpósio Brasileiro de Engenheiros Geotécnicos Jovens, 15 a 18 de Setembro de 2020 - Campinas-SP. ISBN : 978-65-89463-30-6. 15
MEDIÇÃO CONTÍNUA RESISTÊNCIA CRAVAÇÃO ESTACA
CICS

21. MEDIÇÃO CONTÍNUA RESISTÊNCIA CRAVAÇÃO ESTACA
CICS
16

22. MODULUS ENGA.: PREDIO CICS USP
Cicatrização do solo ao longo do tempo (SETUP)
CURVAS CARGA-RECALQUE ESTÁTICAS (PCE/DIET) & SETUP
17
t(horas R(kN) Setup
0 1.799 1
67 2.848 1,58
161 3.705 2,06
2.616 4.234 2,35
y = 238,27ln(x) + 2261,8
R² = 0,9282
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
4.000
4.500
-10 490 990 1.490 1.990 2.490 2.990
CURVA SETUP
RESISTÊNCIA (kN)
TEMPO
(horas)

23. VALORES ADMISSÍVEIS ESTRUTURAL E GEOTÉCNICA ESTACA TUPER
18

24. COMPROVAÇÃO EM OBRAS

25. 19
Querelli, A.; Souza, T.J.; Aoki, N. (2022) – Aplicação do método S+D calibrado à duas obras na Baixada Fluminense. XI Seminário
de Engenharia Geotécnica do Rio Grande do Sul, GEORGS 2022-10 e 11 de outubro, Santa Maria , Rio Grande Sul, AMBS, 2022.
APLICAÇÃO MÉTODO (S+D) BAIXADA FLUMINENSE/RJ
1,0 < z < 2,0
z

26. MODULUS: PERFIL HP 310 X 79 - BA
DIET (S+D) EOD
PDA
RMX CRAVAÇÃO
DIET PDA EOD
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
0 50 100 150 200
PONTE JEQUITINHONHA: ESTACA BL04-E33
DIAGRAMA RESISTÊNCIA CRAVAÇÃO: PDA x (S+D)
RESISTÊNCIA (tf))
COTA
PONTA
ESTACA
(m)
20
GEOMEC ENG.: TUBOS  1000x16 mm - BA
RESISTÊNCIA FINAL CRAVAÇÃO MÉTODO (S+D) x PDA

27. SETUP DIET (S+D)
Padm =120 tf
SETUP DIET PDA
y = 4.9605e0.0064x
R² = 0.9704
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200 250
Deslocamento
(mm)
Resistência(tf)
EOD FINAL CRAVAÇÃO: SETUP DIET (S+D) x DIET PDA
21
MODULUS ENGA.- PERFIL METÁLICO HP 310 x 79 - BA
EOD DIET (S+D)
Padm =120 tf
SETUP DIET PDA
y = 4.9605e0.0064x
R² = 0.9704
0
10
20
30
40
50
60
0 50 100 150 200 250
Deslocamento
(mm)
Resistência(tf)
EOD FINAL CRAVAÇÃO: EOD DIET (S+D) x DIET PDA

28. (S+D) DIET setup
(S+D) DIET final cravação
PCE 3o carregamento
PCE 2o carregamento
PCE 1o carregamento
0
20
40
60
80
100
120
0 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000
CURVAS CARGA-RECALQUE: PCE x MÉTODO (S+D)
Recalque
(mm)
Resistência mobilizada (kN)
R
u
=
10.648
kN
RESISTÊNCIA FINAL CRAVAÇÃO (S+D) SEM INSTRUMENTAÇÃO x PCE
PREVISTA DO ENSAIO DIET (S+D)
FINAL CRAVAÇÃO
CONSTRUTORA AXXO – ESTACAS  800x12.7 mm
CURVA CARGA RECALQUE ESTÁTICA
CURVA CARGA RECALQUE PCE
22

29. FINALIDADE
COMPROVAR SEGURANÇA E CONFIABILIDADE
ESTAQUEAMENTOS

30. Rk
gR
Área = 5 %
gS
Sk
0
x
fdp
mR
vR
n
FSg
Rd
gm
S
k
=m
S
gS = 1 FS,tradic
= 0
mS = Sk
Método valor de cálculo
Sd ≤ Rd
Rd = Rk /gm
Método século 19 (Rankine)
mR > mS
FS = mR/mS
Método tradicional
Padm= mR /FS,tradic
Sk ≤ Padm
≤ Padm
FS
mS
vS
Método valor admissível
Sk ≤ Padm
Padm = Rk / FSg
≤ Padm
Método ruptura
Rk ≥ Sk.n
≥ Sk.n
gf
Sd ≤
Resistência Item 6.2.1.2 NBR6122:2019
DETERMINAÇÃO DA CURVA RESISTÊNCIA R A PARTIR DOS VALORES MEDIDOS NA EXECUÇÃO
gR = mR / Rk
Determinação coeficiente variação : vR = (gR-1)/(1,645.gR)
mR = (Rse)méd
MEDIÇÃO CURVA RESISTÊNCIA E COMPROVAÇÃO SEGURANÇA E RISCO
OBJETO DE ANÁLISE: VALORES RESISTÊNCIAS NAS PROFUNDIDADES REAIS PONTAS ESTACAS
23
Rk = mín[(Rse)méd/x1;(Rse)mín/x2]
TIPOS FATORES DE SEGURANÇA E COMPROVAÇÃO DA SEGURANÇA CONFORME NBR 6122
gR = mR / Rk
gS = Sk /mS
RISCO

31. RESISTÊNCIA CARACTERÍSTICA Rk ESTACAS CRAVADAS
Tabela EUROCODE para resistência mobilizada RMX deve ser corrigida para resistência na ruptura Rui
24
NBR 6122:2019 ITEM 6.2.1.2.1 - Rk ensaio campo
NBR 6122:2019 ITEM 6.2.1.2.2 - Rk prova carga estática
NBR 6122:2019 ITEM 6.2.1.2.2 - Rk prova carga dinâmica

32. 25
CONCLUSÕES
 Metodologia (S+D) possibilita comprovar o valor de cálculo e valor admissível de estaqueamentos
 Evolução começou na inovação ensaio DIET e método (S+D) com instrumentação PDA.
 A relação linear entre energia e deslocamento conduziu ao método (S+D) sem instrumentação.
 A definição da curva resistência da obra ( mR Rk vR ) possibilita análise de risco geotécnico.
 Curva carga-recalque ensaio DIET sem instrumentação define a ruptura em qualquer momento
 Pesquisas comprovam aplicabilidade método (S+D) sem instrumentação em obras correntes.
 Propõe-se adotar tabela na NBR 6122 para estacas controladas por métodos dinâmicos

33. Workshop
"Problemas, Soluções e Inovações na Cravação de Estacas
no Brasil".
MUITO OBRIGADO PELA ATENÇÃO !
Núcleo Minas
Gerais
nelson.aoki@uol.co
m.br