Download - Fundacoes Em Estacas
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO CARLOS
CENTRO DE CINCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Estudo das fundaes em estacas: tipos, clculo, cuidados, execuo.
Vitor Grecco Saves
Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de So Carlos como parte dos requisitos para a concluso da graduao em Engenharia Civil Orientador: Prof. Dr. Jasson R. de Figueiredo Filho
So Carlos 2011
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DEDICATRIA
AOS MEUS PAIS, MAURILIO SAVES E ELIANE APARECIDA
GRECCO SAVES, AO MEU IRMO, MAURILIO SAVES JUNIOR E
AO MEU AV ORLANDO GRECCO (IN MEMORIAN).
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AGRADECIMENTOS
AOS MEUS FAMILIARES, PELO INCENTIVO, DIRETO E INDIRETO, E CONFIANA EM MIM
DEPOSITADOS DURANTE ESTA JORNADA PARA OBTENO DO TTULO DE ENGENHEIRO CIVIL.
AOS COMPANHEIROS E AMIGOS DA CIDADE DE FERNANDPOLIS-SP, ESPECIALMENTE
AOS ASSOCIADOS DO GRMIO DESPORTIVO MANDIOCA UNITED STARS, COM OS QUAIS
COMPARTILHO ESTA GRADUAO.
REPBLICA DOMINAKANA DA CIDADE DE OURO PRETO-MG E AOS AMIGOS QUE POR
L FIZ, ESPECIALMENTE AO Z DA KANA, JOHN, LINDO, ATHOS, AJUIZADO, CSSIO,
CAMBRAIA, DA LUA, LUTINHO, CABRON, CSAR E MANEZO, COM OS QUAIS COMPARTILHO
ESTA GRADUAO.
REPBLICA QUASE DEZ DA CIDADE DE SO CARLOS-SP E AOS AMIGOS QUE POR
AQUI FIZ, ESPECIALMENTE AO BUDA, MONO, FIO, BOLA, GPS, PREDA, FHC, CALADO,
SIMPLE RICK, SUVACO, SORRISO, CHILENO, CHILENO, G, GAL, DAVIDS, JUNIN, SUDOKU
E POR ULTIMO, PORM NO MENOS IMPORTANTE, NOSSA SECRETRIA DO LAR MIRTES, COM
OS QUAIS COMPARTILHO ESTA GRADUAO.
AO PROF. DR. JASSON R. DE FIGUEIREDO FILHO, PELO AUXLIO E ORIENTAO
DURANTE A ELABORAO DESTE TRABALHO.
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RESUMO
Trata-se de um trabalho descritivo do estado atual de tecnologia e cincia na rea de fundaes em estacas, especialmente as produzidas em concreto armado. O captulo introdutrio reflete acerca das definies de fundaes e dos tipos de estacas disponveis para execuo no Brasil. O segundo captulo foi destinado ao estudo do solo atravs da sondagem a percusso Standard Penetration Test (SPT), descrevendo os conceitos, tcnicas, procedimentos e equipamentos utilizados. Na sequncia, atravs do captulo trs, foram expostos os mtodos tericos para areias e argilas, e os mtodos semiempricos de Aoki e Velloso (1975), Dcourt-Quaresma (1978) e Teixeira (1996), utilizados para clculo das fundaes. O quarto captulo descreve aspectos e fatores que resultam em recalques diferenciais, causadores de patologias.
Palavras-chave: Estacas, Fundaes, Standard Penetration Test, SPT.
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ABSTRACT
ABSTRACT
It is a work descriptive of the current state of technology and science in the field of foundations on piles, especially those produced in concrete. The introductory chapter reflects on the foundations and definitions of types of cuttings available to run in Brazil. The second chapter was destined for the soil survey by the percussion Standard Penetration Test (SPT), describing the concepts, techniques, procedures and equipment used. Following through chapter three, the theoretical methods have been exposed to sand and clay, and semiempirical methods of Aoki and Velloso (1975), Dcourt-Quaresma (1978) and Teixeira (1996), used for calculation of foundations. The fourth chapter describes aspects and factors that result in differential settlements that cause diseases. Key-words: Stakes, Foundations, Standard Penetration Test, SPT.
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SUMRIO
1. APRESENTAO DO PROBLEMA ............................................................................... 1
1.1 IMPORTNCIA DO PROJETO NO CONTEXTO ATUAL .............................. 1
1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................. 1 1.2.1 Detalhamento dos Objetivos ................................................................................... 1
1.3 JUSTIFICATIVA ..................................................................................................... 2
1.4 METODOLOGIA ..................................................................................................... 2
2. FUNDAES .................................................................................................................... 3
2.1 TIPOS DE ESTACAS .............................................................................................. 4 2.1.1 Estacas de Madeira ................................................................................................. 4 2.1.2 Estacas Metlicas .................................................................................................... 5
2.1.3 Estacas Pr-Moldadas de Concreto Armado .......................................................... 6 2.1.4 Estacas Franki ......................................................................................................... 7 2.1.5 Estacas Strauss ........................................................................................................ 8 2.1.6 Estacas Mega .......................................................................................................... 9
2.1.7 Estacas Raiz .......................................................................................................... 10 2.1.8 Estacas Tipo Broca ............................................................................................... 11 2.1.9 Estacas Apiloadas ................................................................................................. 11
2.1.10 Estacas Tipo Hlice Continua........................................................................... 12 2.1.11 Estacas Barrete ................................................................................................. 13
2.1.12 Estacas de Grande Dimetro............................................................................. 14
2.2 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO .................................................... 15
3. SONDAGEM DO SOLO ................................................................................................. 16
3.1 GENERALIDADES ............................................................................................... 16
3.2 STANDART PENETRATION TEST - SPT ........................................................ 16 3.2.1 Definies ............................................................................................................. 16 3.2.2 Equipamentos ....................................................................................................... 17
3.2.3 Procedimentos ...................................................................................................... 20
3.3 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO ................................................... 23
4. MTODOS DE CLCULO ............................................................................................ 25
4.1 ELEMENTO DE FUNDAO POR ESTACA .................................................. 25
4.2 CAPACIDADE DE CARGA ................................................................................. 25
4.3 MTODOS TERICOS ........................................................................................ 27 4.3.1 Estacas em Argila ................................................................................................. 28 4.3.2 Estacas em Areia .................................................................................................. 29
4.4 MTODOS SEMIEMPRICOS ........................................................................... 30 4.4.1 Mtodo Aoki-Velloso (1975) ............................................................................... 30 4.4.2 Mtodo Dcourt-Quaresma (1978) ....................................................................... 32 4.4.3 Mtodo Teixeira (1996) ........................................................................................ 34
4.5 CARGA ADMISSVEL ......................................................................................... 35 4.5.1 Carga de Catlogo ................................................................................................ 37
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4.6 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO .................................................... 37
5. PATOLOGIAS ................................................................................................................. 38
5.1 REQUALQUE DIFERENCIAL ........................................................................... 38
5.2 BULBO DE TENSES .......................................................................................... 39
5.3 SOLOS HETEROGNEOS .................................................................................. 40
5.4 ATRITO NEGATIVO ............................................................................................ 42 5.4.1 Amolgamento ....................................................................................................... 42
5.4.2 Sobrecarga devido Aterro .................................................................................. 43 5.4.3 Peso Prprio do Solo ............................................................................................ 44
5.5 CARREGAMENTO ASSIMTRICO ................................................................. 44
5.6 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO .................................................... 46
6. CONCLUSO .................................................................................................................. 47
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................................... 49
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1. APRESENTAO DO PROBLEMA
Ser objeto de anlise principal deste trabalho a interao solo/estacas, bem como
os aspectos tcnicos e condies fsicas impostas pelo solo, com a finalidade de melhor
compresso e previso de como este conjunto trabalhar quando for executada a obra.
1.1 IMPORTNCIA DO PROJETO NO CONTEXTO ATUAL
Diversas patologias existentes em algumas edificaes so devidas h problemas
nas fundaes, o que prejudica o desempenho da estrutura de um modo geral e em alguns
casos podendo levar runa. Isto ocorre por falhas de projeto, relativamente concepo
estrutural, a clculos errneos e execues incorretas das estacas, por isso o estudo de tal
patologia, resultante de variveis que englobam as fundaes em estacas, torna-se
justificvel.
1.2 OBJETIVOS
Este trabalho tem como principal objetivo a produo de um texto com a finalidade
ilustrativa de como pode ser escolhido o tipo de estaca de acordo com o solo no qual ser
realizada a construo da edificao.
1.2.1 DETALHAMENTO DOS OBJETIVOS
Para a concretizao deste objetivo alguns objetivos especficos sero considerados,
e estas especificidades sero listadas abaixo em tpicos.
Reviso bibliogrfica de trabalhos relacionados fundao em estacas, tendo como
foco a interao solo-fundao, abordando principalmente estacas em concreto
armado.
Estudo da metodologia de clculo, consideraes e modelos matemticos que
possam servir de base para escolha da estaca.
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1.3 JUSTIFICATIVA
Durante a histria da humanidade pode-se encontrar algumas tragdias que s
aconteceram devido a uma escolha equivocada da tipologia da fundao da edificao ou
ento por alguns aspectos do solo no terem sido considerados durante a fase de projeto.
Problemas com patologias nas edificaes podem ser encontrados com certa
frequncia e causam desconforto e inconvenincias aos usurios. Tais patologias podem
ocorrer devido a um erro de clculo, profundidade da fundao no satisfatria e por carga
excessiva conduzida por uma estaca inadequada ao solo.
Alm de fazer com que o empreendimento tenha um desempenho estrutural no
satisfatrio, erros de projeto provocam gastos extras e por vezes maiores do que seria em
um projeto adequado por causa de correes futuras necessrias.
Mantendo o foco na preveno deve-se rastrear a origem do problema a fim de
solucion-lo, por isso a confeco de um material terico objetivo que traga a realidade
prtica atravs de exemplos inseridos neste contexto e que facilite a interiorizao das
tcnicas e conceitos relativos a fundaes em estacas pode ser uma excelente ferramenta
de formao de profissionais capacitados.
1.4 METODOLOGIA
Para concluso efetiva e satisfatria dos objetivos propostos anteriormente, algumas
atividades sero desenvolvidas e sero divididas em:
Reviso Bibliogrfica: Atravs do estudo de pesquisas e trabalhos que englobam o
tema deste trabalho, pretende-se, por meio da compreenso e entendimento dos
aspectos tcnicos e tericos, desenvolver capacidade para a produo de textos
descritivos, que ilustrem o estado atual da arte de fundaes em estacas.
Anlise terica do conjunto estaca/solo: Durante a reviso bibliogrfica um
aspecto que ir ser analisado atenciosamente ser o comportamento desempenhado
pelas estacas em conjunto com o solo.
Estudo de trabalhos desenvolvidos sobre edificaes existentes: A anlise de
trabalhos realizados sobre edificaes que possuem o sistema de fundao em
estacas possibilitar a contextualizao prtica da teoria.
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2. FUNDAES
Um dos principais elementos de uma construo seja ela de pequeno ou de grande
porte a sua fundao. A fundao - todo elemento de infraestrutura de uma edificao - e
neste caso entende-se como infraestrutura os elementos estruturais que esto envoltos pelo
macio de solo sobre o qual est apoiada a superestrutura, a etapa inicial no processo
executivo da construo, porm nos escritrios de clculo estrutural corresponde a ltima
etapa de clculo, pois para que seja possvel a sua concepo e dimensionamento, todas as
variveis que compem o complexo de esforos gerados pelo peso prprio da estrutura,
cargas permanentes, cargas acidentais, local onde a edificao estar inserida e as
condies e riscos aos quais a edificao estar exposta devido a essa localizao
intensidade e direo dos ventos, clima e temperatura, probabilidade de terremoto e,
tambm, o tipo de solo, suas propriedades fsicas e nvel do lenol fretico, do local devem
ser conhecidas, qualificadas e quantificadas, isto porque o papel, essencialmente,
desempenhado pela fundao transmitir todos esforos verticais e horizontais, assim
como os momentos fletores para o macio de solo.
Todas as variveis citadas acima representam grande importncia no projeto de
fundaes, no entanto se fosse necessrio eleger uma principal ou de maior importncia,
provavelmente a varivel escolhida seria o tipo de solo e exatamente esta em que,
atualmente, encontra-se maior dificuldade de prever, com exatido, o comportamento, por
isso faz-se necessrio o uso do bom senso, prudncia e que o profissional responsvel pelo
projeto de fundao tenha muita viso e tato, pois as patologias geradas na superestrutura
por falhas na fundao podem ser graves e quando se evidencia a demanda para correo,
depois de construda, os custos envolvidos para reforma ou reforo so altos. Desta forma,
pode-se concluir que a etapa correspondente s fundaes no uma fase em que se deva
buscar, inicialmente, economia.
Outra fase, que ocorre posteriormente etapa de concepo e dimensionamento do
projeto de fundao, a etapa de execuo do que foi projetado, ou seja, atravs do uso de
tecnologias, processos executivos e operacionais, busca-se construir um conjunto de
fundao conforme foi projetado.
De acordo com Assuno (2005) a representatividade de falhas referentes
execuo do projeto relevante, por isso um planejamento metdico, segundo cronogramas
fsicos das atividades envolvidas, e o controle rgido da qualidade durante o
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desenvolvimento dessas atividades devem ser implantados nesta etapa visando
neutralizao ou reduo das patologias geradas por tais falhas.
Desenvolvidos tais conceitos iniciais a respeito do projeto, concepo e clculo,
execuo e a possibilidade de patologias decorrentes de falhas durante essas duas etapas,
pode-se seguir com a classificao dos tipos de fundaes.
As fundaes podem ser classificadas segundo sua profundidade de apoio,
elementos estruturais utilizados e so divididas em superficiais e profundas. As fundaes
superficiais tem como limite o apoio em profundidades iguais ou menores do que trs metros
em relao cota de origem do terreno e podem ser executadas na forma de radiers,
baldrames, sapatas corridas e sapatas isoladas. As fundaes profundas tm suas
profundidades de apoio maiores do que trs metros, tambm relativos cota original do
terreno, e podem ser executadas com estacas, tubules e caixes.
Neste trabalho sero abordados apenas conceitos, tecnologias, mtodos de clculo,
patologias e exemplos referentes s fundaes profundas em estacas, com foco maior nas
estacas em concreto armado, assim como as sondagens de solo envolvidas.
2.1 TIPOS DE ESTACAS
A gama diversificada de tecnologias, matrias-primas, imposies tcnicas
resultantes e variantes de acordo com o tipo de solo demanda, tambm, variedade e
possibilidades diferentes que se adaptem melhor ao projeto de fundao. Atualmente o
mercado que presta servio ao subsetor de fundaes, especificamente em estacas,
disponibiliza boa diversidade de elementos estruturais deste tipo.
As estacas diferem-se entre si basicamente pelo material utilizado e mtodo
executivo, que deve compatibilizar prescries de projeto e condies de execuo. Os tipos
de estacas existentes so as de madeira, metlicas, pr-moldadas em concreto armado e
moldadas in loco em concreto armado.
2.1.1 ESTACAS DE MADEIRA
Segundo Multisolos (1993) as estacas de madeira so troncos de rvores
processados e tratados de modo que tenham o comprimento desejado ou modulado
conforme o projeto. So executadas atravs de um processo de cravao com bate-estacas
e possuem a limitao de s poderem ser executadas submersas ao nvel dgua.
Este tipo de estaca destaca-se pelo baixo custo de aquisio, relativa agilidade no
transporte e manuseio, assim como a facilidade para corte e emenda e tima durabilidade
sob o nvel dgua.
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Em contrapartida, como se trata de um bem de consumo primrio pode,
eventualmente, dependendo do local de realizao do empreendimento, ser difcil obt-la,
no sendo vivel sua utilizao, pois o alto custo de frete at o canteiro seria uma barreira
financeira considervel. No pode ser executada em locais nos quais o nvel dgua no for
permanente ou caso no for possvel sua completa submerso, porque caso essas
situaes vigorem, por ser suscetvel aos ataques por micro-organismos, sua capacidade
estrutural e sua durabilidade seriam comprometidos e como correo para tal situao
verificar-se-ia a necessidade de tratamento da madeira, o que acarreta em maiores custos.
Outro fator que resulta na diminuio do seu uso a capacidade de carga relativamente
menor do que outros tipos de estacas.
Figura 1. Estacas de Madeira. Fonte: www.cirneinformatica.com.br
2.1.2 ESTACAS METLICAS
Assim como as estacas de madeira, as estacas metlicas tm como um de seus
aspectos positivos a facilidade no transporte e manuseio, tanto na emenda quanto no corte.
Este tipo de estaca demonstra excelente desempenho estrutural, seu comportamento em
esforos de compresso, trao e absoro de cargas horizontais muito bom. Durante o
seu processo de execuo, atravs de cravao, os elementos estruturais apresentam boa
resistncia aos impactos enrgicos do martelo de bate-estacas, por isso sua penetrao ao
solo ocorre de maneira relativamente fcil e causam poucas vibraes, o que ajuda a
viabilizar o projeto, pois quando h edificaes vizinhas antigas, residenciais ou muito
prximas ao empreendimento e a execuo da estaca resulte em magnitudes altas de
vibraes o projeto pode-se tornar invivel.
Contudo, o seu alto custo de aquisio restringe o seu uso e diminui a frequncia de
utilizao deste tipo de estaca. Outro indicador desfavorvel sua utilizao o fato de
perder qualidade de desempenho e durabilidade quando expostas guas agressivas e
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solos corrosivos, como por exemplo pntanos e solos contaminados. Em argilas moles,
durante sua execuo atravs da cravao das estacas, se existirem pedregulhos grados
ou seixos, a manuteno da verticalidade torna-se difcil, por isso para este tipo de solo as
estacas metlicas no so a melhor opo.
Figura 2. Estacas Metlicas. Fonte: www.jmestaq.com.br
2.1.3 ESTACAS PR-MOLDADAS DE CONCRETO ARMADO
As estacas pr-moldadas de concreto armado, por serem produtos industrializados,
produzidos em fbricas, ou mesmo pr-moldados in loco, tm como aspectos positivos a
garantia de qualidade da estaca e preciso geomtrica. Alm disso, pode ser fabricada
modularmente, pois h a possibilidade de emenda e a capacidade de carga boa. Favorece
a capacidade de carga de solos no coesivos, porque seu processo de execuo, cravao,
ajuda na compactao do solo e reduz recalques.
Pode-se dizer que este tipo de estaca seja um tipo de estaca paradoxal, pelo motivo
de que alguns fatores que favorecem a sua utilizao serem os mesmos que torne onerosa
e dificultem sua execuo; Como sua produo no ocorre no local onde ser implantada
necessrio que seja prevista em clculo armaduras para transporte e suspenso. Suas
dimenses, seo transversal e comprimento, tm limitaes devido relao que seu peso
prprio tem com o transporte e implantao das estacas, isso porque estacas muito pesadas
inviabilizariam o transporte, que representa alto custo operacional, e no Brasil, em geral, os
guindastes disponveis no suportariam estacas com peso muito elevado. Outro fator
paradoxal a compactao de solos no coesivos atravs da cravao, pois com o
aumento da compacidade do solo a dificuldade de cravao de estacas sucessoras tambm
aumenta, gerando vibraes de alta magnitude.
Outros fatores negativos que estas estacas apresentam so a suscetibilidade a
deteriorao se a gua do lenol fretico contiver sulfatos ou cida, dificuldade de manuseio
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relevante e, em consequncia da cravao de estacas de seo cheia, h um grande
deslocamento de solo.
Figura 3. Estacas pr-moldadas em concreto armado. Fonte: arquivo pessoal.
2.1.4 ESTACAS FRANKI
H dois tipos de estacas de concreto armado, um deles, estacas pr-moldadas, foi
citado acima, o outro tipo so as estacas moldadas in loco e para este tipo de estaca
existem diversos tipos, diferenciando-se entre eles o processo de execuo. A estaca Franki
um desses tipos e so executadas com o lanamento de concreto em perfuraes
previamente executadas no terreno, atravs de cravao de tubo de ponta fechada, que
retirado posteriormente concretagem. O fechamento pode ser feito no inicio da cravao
do tubo ou em etapa intermediria, por meio de material granular ou pea pr-fabricada de
ao ou de concreto.
Este tipo de estaca apresenta boa qualidade de execuo e permite o controle desta
execuo. Por ser uma estaca de concreto armado possui alta capacidade de carga e o
processo de cravao compacta solos coesivos. O fechamento do tubo, citado
anteriormente, exclui a influncia do nvel dgua do lenol fretico e o seu comprimento
pode ser ajustado de acordo com a variao do nvel da camada resistente.
Por outro lado, mesmo que seu comprimento possa ser ajustado, h limitaes e por
seu processo de execuo ser feito atravs de cravao h vibrao resultante no solo e,
ainda, durante a cravao do revestimento necessrio que se tenha cuidados para que as
estacas adjacentes no sejam danificadas, existe a possibilidade da cravao de uma
estaca provocar o levantamento de estacas adjacentes, sendo que o recomendado que as
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estacas sucessoras s devem ser executadas quando o concreto das antecessoras
adjacentes endurecer. Pode ocorrer estrangulamento, quando o lanamento do concreto
enrosca no tubo e h diminuio da seo transversal, o que agravado em razo desse
tipo de estaca no admitir grandes dimetros.
Figura 4. Estaca Franki. Fonte: www.geodactha.com.br
2.1.5 ESTACAS STRAUSS
As estacas tipo Strauss foram projetadas, inicialmente, como alternativa s estacas
pr-moldadas cravadas por percusso devido ao desconforto causado pelo processo de
cravao, quer quanto vibrao ou quanto ao rudo. Trata-se de uma variante das estacas
tipo Franki, sendo diferenciadas pelo processo de execuo. O processo de execuo das
estacas Strauss consiste na retirada de terra com sonda ou piteira e, simultaneamente,
introduzir tubos metlicos rosqueveis entre si, at atingir a profundidade desejada e
posterior lanamento de concreto com apiloamento e retirada da tubulao.
Por utilizar equipamento leve esse processo no apresenta vibraes e trepidaes
em prdios vizinhos, o que facilita a sua utilizao. As possibilidades desse processo
abrangem a execuo da estaca com o comprimento de projeto, a verificao durante a
perfurao da presena de corpos estranhos no solo, por exemplo, mataces, permitindo a
mudana de locao da estaca antes da concretagem e evitando custos adicionais gerados
pela produo e execuo de uma nova estaca. Permite, ainda, a fiscalizao, atravs de
uma comparao dos dados obtidos pela sondagem do solo com o que est sendo retirado
do macio. A alta mobilidade do equipamento permite a execuo desse tipo de estaca em
terrenos pequenos, situao muito encontrada em grandes cidades onde o solo muito
valorizado.
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Contudo, este tipo de estaca demonstra baixo desempenho quando o esgotamento
da gua no furo feito por uma sonda for insuficiente, por isso sua utilizao em nveis
profundos de lenol fretico no recomendado. Em argilas muito moles saturadas e em
areias submersas h o risco de seccionamento do fuste pela probabilidade alta de entrada
de solo. Um controle metdico e rigoroso durante a retirada do tubo deve ser aplicado,
porque a maior ocorrncia de falhas com esta estaca ocorre neste momento.
Figura 5. Execuo de uma estaca Strauss. Fonte: www.mrsondagens.com
2.1.6 ESTACAS MEGA
Estas estacas so formadas pela superposio de pequenos segmentos de
elementos pr-moldados de concreto ou perfis metlicos. executada atravs da cravao
dos elementos com auxlio de um macaco hidrulico e muito utilizada para reforos em
fundaes j existentes ou correo de desaprumos originados por recalques diferenciais.
Por serem executadas com macacos hidrulicos esta estaca recomendada para locais de
difcil acesso ao humano ou/e para locais onde se deseja evitar vibraes no solo e,
consequentemente, nas fundaes j existentes.
Figura 6. Estacas Mega. Fonte: www.estacasforte.com.br
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Figura 7. Execuo de estacas Mega. Fonte: www.refortfundacoes.com.br
2.1.7 ESTACAS RAIZ
O processo executivo deste tipo de estaca consiste na perfurao por rotao com
revestimento contnuo do furo e com auxlio de um fludo em circulao (geralmente gua).
O revestimento penetra no macio de solo e os vrios segmentos so rosqueados uns aos
outros at que a profundidade desejada seja alcanada. Quando h a necessidade de
perfurao de rocha, a perfurao realizada com um martelo de fundo a roto-percusso.
Aps executado o furo com o dimetro de projeto, que para esta estaca varia entre 8 a 45
cm, executa-se a armadura e o lanamento do concreto.
Inicialmente estas estacas foram desenvolvidas basicamente para o reforo de
fundaes. No entanto, recentemente devido aos avanos das tcnicas executivas e do
conhecimento sobre o comportamento do solo tornou-se possvel aumentar a capacidade de
carga e a produtividade deste tipo de estaca.
Alguns fatores positivos a respeito deste tipo de estaca devem ser citados, como por
exemplo, a alta capacidade de carga com recalques reduzidos, possibilidade de execuo
em locais de difcil acesso e em direes especiais, e tambm no h perturbao da
vizinhana por no apresentar vibraes.
Figura 8. Execuo de estaca Raiz. Fonte: www.metro.sp.gov.br
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2.1.8 ESTACAS TIPO BROCA
Este tipo de estaca executada com trado manual ou mecnico, sem uso de
revestimento, at que se alcance a profundidade desejada. O seu uso limita-se a
profundidades acima do nvel dgua, ou ento, se o furo puder ser seco antes da
concretagem.
Pode-se citar como fatores positivos desse tipo de estaca o seu baixo custo de
produo e execuo, a facilidade de execut-la, no sendo necessrio o uso de
equipamentos onerosos e mo-de-obra especializada e seu processo de execuo no
produz vibrao.
No entanto, sua capacidade de carga reduzida e h limitao quanto a sua
profundidade, no sendo recomendada sua execuo para profundidades maiores do que 6
metros.
Figura 9. Execuo de estaca tipo Broca. Fonte: www.diario-de-obra.blogspot.com
2.1.9 ESTACAS APILOADAS
Para a execuo deste tipo de estacas utilizam-se soquetes para escavao do solo
atravs de apiloamento, por isso o seu nome de estacas apiloadas. Posteriormente a
escavao lana-se o concreto no furo feito pelo soquete. Ainda no h estudos que
determinem cientificamente a sua capacidade de carga, porm estima-se que estacas desse
tipo podem suportar solicitaes na ordem de 90 tf (tonelada-fora).
Recomenda-se o uso desta estaca em solos porosos e de baixa resistncia, contudo
s possvel o seu uso em profundidades acima do lenol fretico.
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Figura 10. Soquete para execuo de estacas Apiloadas. Fonte: www.dicionariogeotecnico.com.br
2.1.10 ESTACAS TIPO HLICE CONTINUA
Como sugere o nome, esta estaca executada atravs da cravao da hlice no
solo com trado continuo, aplicando torque adequado resistncia do solo, e lanamento de
concreto, sob presso pela haste central do equipamento, simultneo a retirada do trado.
Neste caso a armadura colocada somente aps a concretagem, porm de forma
imediata, antes da pega do concreto.
Pela continuidade do processo o uso desta estaca possvel em solos coesivos e
arenosos em profundidades que atinjam ou no o lenol fretico, porque desta forma no
ocorre alvio significativo no terreno que permita o desmoronamento do furo ou infiltrao de
gua.
Os fatores positivos que merecem destaque para este tipo de estacas consistem na
no provocao de vibraes no solo, sua alta produtividade quando h padronizao nos
dimetros das estacas, ou seja, quando em projeto previsto estacas de dimetros iguais e
no h a necessidade de alternncia de dimetros do trado a velocidade de produo
estacas alta e pode ser utilizada na maioria dos solos, exceto quando h presena de
mataces.
As restries do uso dessa estaca so a necessidade de que o terreno seja plano, ou
ento execuo prvia de terraplanagem, devido ao tipo e porte do equipamento, alm
disso, por tratar-se de concretagem bombeada e simultnea a cravao da hlice no solo, a
central de produo de concreto deve estar prxima ao equipamento para garantir a
produtividade do processo, assim como o numero de estacas deve ser suficientemente alto
para justificar a mobilizao dos equipamentos, que so onerosos.
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Figura 11. Execuo de estacas tipo Hlice Contnua. Fonte: www.geodactha.com.br
2.1.11 ESTACAS BARRETE
O processo executivo deste tipo de estaca realizado atravs de escavao do solo
e posterior concretagem, ou seja, atravs do uso de uma camisa guia de escavao, que
conhecida como Clamshell, e completando o furo de escavao com lama. A execuo da
estaca seguida pelo posicionamento da armadura e controle da presso interna do furo
com ar comprimido, desta forma a lama usada retirada e acrescentada uma lama nova ao
furo. Com tais procedimentos iniciais realizados, iniciam-se os procedimentos para a
concretagem, ou seja, feita a colocao do tubo de concretagem e instalao da bomba
de submerso, e quando finalizados estes procedimentos possvel o lanamento do
concreto ao furo. Terminada a concretagem, procede-se o aterro da parte superior e da
retirada da camisa guia.
As vantagens inerentes ao uso desta tipologia de estaca consistem em uma
execuo sem vibrao e rudos, devido ao processo executivo de escavao, a
possibilidade de atravessar camadas do solo de grande resistncia devido s ferramentas
de escavao e por tratar-se de um processo mecanizado sua execuo rpida. Com o
uso desta estaca possvel atingir grandes profundidades de cota de apoio e resistir
grandes cargas solicitantes com um nico elemento de fundao, reduzindo deste modo o
volume dos blocos.
Contudo, seu processo executivo mecanizado que envolve equipamentos de locao
ou aquisio onerosos torna o seu uso invivel para edificaes de pequeno ou mdio porte,
sendo indicada para obras de grande porte.
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Figura 12. Execuo com camisa guia da Estaca Barrete. Fonte: www.tenge2007.blogspot.com
2.1.12 ESTACAS DE GRANDE DIMETRO
As estacas de grande dimetro so caracterizadas por serem estacas de concreto
armado moldado in loco com um processo executivo de escavao de solo.
Inicialmente o processo d-se pela execuo das camisas-guia que servem como
balizamento para as estacas. A escavao do furo acompanhada pela insero
progressiva da lama bentontica no furo que escavado com trado mecnico, o que
caracteriza a mecanizao do processo. Antes do incio da instalao da gaiola de armao
realizada a limpeza do furo retirando a lama usada e detritos e acrescentando lama nova
no furo. Desta forma, procede-se com a instalao da gaiola de armao que deve ser feita
cuidadosamente garantindo espessuras de cobrimento e fixao camisa-guia. Com auxlio
de bombas de submerso segue-se a execuo com a etapa de lanamento do concreto
atravs de um tubo central de concretagem.
As vantagens e desvantagens inerentes ao uso desta tipologia de estaca so
semelhantes aos fatores considerados para as estacas barrete, por serem semelhantes,
tambm, em seu processo construtivo.
Figura 13. Execuo de estacas de Grande Dimetro. Fonte: www.revistafundacoes.com.br
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15
2.2 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO
De modo geral a escolha do tipo de estaca deve-se basear na localizao do
empreendimento, na tipologia da estrutura e os esforos envolvidos, no tipo de solo e nas
suas condies para uso, considerar o processo executivo e os equipamentos que esto
envolvidos assim como sua disponibilidade. Para a viabilidade do projeto de fundaes faz-
se necessrio um estudo da relao custo/benefcio das estacas que possam ser utilizadas.
Os solos com mataces, informao retirada do relatrio de sondagem do solo,
devem ser evitados, pois torna onerosa a execuo por escavao ou pode causar danos
estruturais nos elementos por fundaes quando executadas por cravao. Ainda relativo s
estacas escavadas muito importante que seja monitorado o furo quanto ao
desmoronamento do solo para dentro do furo.
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16
3. SONDAGEM DO SOLO
3.1 GENERALIDADES
A qualidade do projeto de fundao depende, entre outros fatores, do conhecimento
do solo no qual o projeto ser desenvolvido. Atravs de sondagens e ensaios do macio
obtm-se as propriedades fsicas, qumicas e mecnicas do solo, alm da profundidade do
nvel dgua. Os resultados obtidos permitem classificar o tipo do solo e a partir disto
comear a triagem de quais tipos de fundaes podem ser executadas e definir quais as
correlaes que sero feitas.
Atualmente, no Brasil, o mtodo de ensaio e sondagem de solo mais utilizado o
Standard Penetration Test (SPT), por envolver tecnologias relativamente simples e boa
coerncia e confiabilidade dos resultados, isto porque sua execuo regulamentada e
deve ser feita de acordo com normas brasileiras. A norma brasileira que rege o ensaio SPT
a norma NBR-6484/2001. O ensaio consiste na coleta de solo atravs de perfurao inicial
de 55 cm e cravao final de 45 cm a cada metro, segregando o solo em camadas de 1
metro e suas respectivas propriedades, durante a execuo anote-se o nmero necessrio
para cravao dos ltimos 30 cm.
3.2 STANDART PENETRATION TEST - SPT
3.2.1 DEFINIES
De acordo com a ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS (ABNT),
para melhor compreenso do que ser exposto e explanado sobre as tcnicas envolvidas na
execuo e ndices obtidos, ser definido previamente os termos e expresses que sero
utilizadas.
SPT: forma abreviada de Stantard Penetration Test
N: letra que representa o ndice de resistncia penetrao do SPT, que
aferido atravs do nmero de golpes, posteriores a cravao inicial de 15 cm,
necessrios para cravao de 30 cm do amostrador padro.
Solos Grossos: solos em que a frao predominante dos gros visvel a
olho nu, abrangendo as areias e os pedregulhos.
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17
Solos Finos: pela contradio lgica na nomenclatura, nestes solos no
possvel a distino da frao predominante dos gros a olho nu e
correspondem s argilas e aos siltes.
Solos Orgnicos: trata-se dos solos que contm quantidade significativa de
matria orgnica e usualmente tm a colorao escura.
Plasticidade: caracterstica dos solos finos argilosos que corresponde s
deformaes permanentes, sem que ocorra ruptura, fissuramento ou variao
aprecivel de volume.
3.2.2 EQUIPAMENTOS
A ABNT prescreve em documento normativo, NBR 6484/2001, os equipamentos
necessrios para realizao do ensaio SPT. Os equipamentos utilizados esto listados e
descritos abaixo.
Torre com roldana: torre para auxlio nas manobras com hastes ou tubos de
revestimento.
Tubos de revestimento: devem ser de ao, com dimetro nominal interno 63,5
mm e externo 76,1 mm com erro associado de 5 mm para mais ou para
menos, podendo ser emendados por luvas, com comprimentos de 1,00 m
e/ou 2,00 m.
Composio de perfurao: o conjunto com o amostrador-padro deve ser
constitudo de hastes de ao com dimetro nominal interno 25 e peso terico
de 32 N/m, acopladas por roscas e luvas atarraxadas, de modo que forme um
conjunto varivel em 1 m e/ou 2 m.
Figura 14. Amostrador-padro. Fonte: www.tectools.com.br
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Trado-concha: deve ter dimetro de (100 10) mm.
Figura 15. Trado-concha. Fonte: www.viatest.com.br
Trado helicoidal: o dimetro do trado helicoidal, de dimenso mnima de 56
mm, deve ser tal de forma que haja um espao entre o trado e a parede
interna do tubo de revestimento e essa distncia deve estar compreendida
entre 5 mm e 7 mm, para permitir que o amostrador-padro desa livre dentro
da perfurao.
Figura 16. Trado helicoidal. Fonte: www.tracom.com.br
Trpano ou pea de lavagem: este equipamento deve ser de ao com
dimetro nominal 25, terminada em bisel e dotada de duas sadas laterais
para gua. A distncia entre os orifcios de sada da gua e a extremidade em
forma de bisel deve ser no mnimo de 200 mm e no mximo de 300 mm.
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19
Figura 17. Trpano de lavagem. Fonte: NBR 6484/2001
Cabea de bater: equipamento que receber o impacto do martelo, deve ser
constituda por tarugo de ao de (83 5) mm de dimetro, (90 5) mm de
altura e massa nominal entre 3,5 kg e 4,5 kg.
Martelo padronizado: utilizado para cravar os tubos de revestimento e de
composio de hastes com amostrador, deve consistir em uma massa de
ferro de forma prismtica ou cilndrica, tendo encaixado, na parte inferior, um
coxim de madeira dura, perfazendo um total de 65 kg. O martelo pode ser
macio ou vazado, quando macio deve ter uma haste-guia de 1,20 m de
comprimento fixada sua face inferior, no mesmo eixo de simetria
longitudinal, a fim de assegurar a centralizao do impacto na queda; esta
haste-guia deve ter uma marca visvel distando de 0,75 m da base do coxim
de madeira, e quando o martelo for vazado deve ter um furo central de 44 mm
de dimetro, sendo que, neste caso, a cabea de bater deve ser dotada, na
sua parte superior, de uma haste-guia de 33,4 mm de dimetro e 1,20 m de
comprimento, na qual deve haver uma marca distando 0,75 m do topo da
cabea de bater.
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Figura 18. Exemplo de Martelo padronizado. Fonte: www.forsuntools.en.alibaba.com
3.2.3 PROCEDIMENTOS
3.2.3.1 Locao dos furos e Quantidades
Os furos devem ser locados previamente sua execuo e esta locao deve ser
feita de modo que seja visvel e atravs de piquetes com identificao do furo.
A ABNT, atravs da NBR 8036, explica que as locaes dos furos em planta,
dependem do tipo de estrutura, de suas caractersticas, das condies impostas pelo
subsolo e que o nmero de sondagens deve ser suficientemente grande de modo que seja
possvel fornecer um quadro que se aproxime o quanto possvel da provvel variao das
camadas do subsolo do local em estudo. Este nmero de sondagens determinado pela
rea da projeo em planta do edifcio e a proporo entre rea e nmero de furos ser
explicitada abaixo conforme o Quadro 1.
Quadro 1: Relao rea/N de furos.
rea de projeo em planta do Edifcio Nmero de Sondagens
< 1200 m Uma sondagem para cada 200 m
> 1200 m e < 2400 m Uma sondagem para cada 400 m excedentes
> 2400 m N fixado de acordo com plano particular
No entanto, em quaisquer circunstncias, o nmero mnimo de sondagens deve ser
dois furos para projees em planta com rea at 200 m e trs para reas entre 200 m e
400 m. Ressaltando que quando da poca de sondagem ainda no houver disposio da
projeo do edifcio, o nmero de sondagens deve ser tal de forma que os furos tenham 100
m de distncia entre si e sejam executadas, no mnimo, trs sondagens. Para nmero de
sondagens maiores do que trs os furos no devem ser executados segundo um mesmo
alinhamento, ou seja, os furos de sondagens no podem ser colineares.
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3.2.3.2 Processos de Perfurao
Segundo prescreve a ABNT com a NBR 6484/2001, o procedimento inicial de uma
sondagem percusso realizado manualmente com o uso do trado-concha at a
profundidade de 1 m e, sequencialmente, a instalao, at essa profundidade, do primeiro
segmento do tubo de revestimento. Posteriormente esta etapa inicial a sondagem ocorre
de forma cclica, sendo a percusso do solo realizada, a cada metro, com trado helicoidal
at atingir o nvel dgua e ao fim de cada metro a amostra de solo recolhida para ensaios.
Em casos em que o trado helicoidal no esteja sendo eficaz, use como indicador para
eficcia a perfurao menor do que 50 mm aps 10 min de operao, ou no caso de solo
no aderente ao trado, a perfurao deve continuar pelo mtodo de circulao de gua.
O mtodo de circulao de gua realizado com o trpano de lavagem e consiste
em remover o material escavado atravs da circulao de gua feita com uma bomba
motorizada instalada no conjunto de perfurao. O processo de escavao ocorre segundo
um ciclo alternado de levantamento da composio de perfurao em 30 cm, relativos ao
fundo do furo, e na sua queda, que deve ser feito manualmente pelo operador. Quando do
trmino da escavao at a cota de ensaio e amostragem, a composio de perfurao
deve ser suspensa em 20 cm, relativos, tambm, ao fundo do furo, e com a manuteno da
circulao de gua remove-se completamente os detritos da perfurao. Caso a parede do
furo se mostre instvel durante o processo de perfurao do furo de sondagem torna-se
obrigatrio o uso de tubos de revestimento para controlar a instabilidade e manter a
confiabilidade dos resultados.
Conforme determina a ABNT, o tubo de revestimento deve ficar a uma distncia de
no mnimo 50 cm do fundo do furo, quando da operao de ensaio e amostragem. Somente
em casos de fluncia do solo para o interior do furo, deve ser admitido deix-lo mesma
profundidade do fundo do furo. Quando as sondagens forem profundas e, tambm, em solos
instveis, pode-se lanar mo do uso de lamas de estabilizao ao invs do tubo de
revestimento, desde que no estejam previstos ensaios de infiltrao na sondagem.
3.2.3.3 Amostragem e SPT
De acordo com a ABNT (NBR 6484/2001), a amostragem de solo deve ser feita a
cada metro de perfurao atravs do amostrador-padro, que deve descer livremente pelo
furo de sondagem at o contato com o fundo. A partir deste contato com o fundo do furo, por
sequncia instala-se a cabea de bater. Para controle e acompanhamento das
profundidades de cravao utiliza-se o tubo de revestimento como referncia, atravs de
traos de giz feitos na haste, a cada 15 cm, completando 45 cm. Aps estes procedimentos
o martelo padronizado deve ser apoiado suavemente sobre a cabea de bater, isso porque
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pode acontecer de o solo ser muito fofo e de baixa resistncia, e por isso, somente o peso
do martelo seria capaz de causar a penetrao dos 45 cm ou mais. Quando isto ocorre o
amostrador-padro deve ser retirado para colheita do solo para ensaio, caso contrrio
prossegue-se a cravao at completar os 45 cm, atravs de impactos sucessivos e diretos
do martelo, que suspenso a uma altura padro de 75 cm, e ento, liberado para queda,
sobre a cabea de bater. Para posterior uso, anota-se o nmero de golpes necessrios
cravao de cada segmento de 15 cm do amostrador-padro, contudo, nem sempre
possvel aferir nmeros inteiros de golpes para 15 cm, por isso, quando isto no for possvel,
deve-se anotar nmeros de golpes para profundidade imediatamente superiores a 15 cm, e
ento, segue-se o mesmo procedimento para completar 30 cm e 45 cm, sendo os resultados
emitidos em forma de frao, por exemplo, 3/17, onde no numerador colocado o nmero
de golpes e no denominador a profundidade cravada com os golpes.
Nem sempre se faz necessrio a cravao do amostrador-padro em 45 cm de
profundidade no solo. As situaes em que isto pode ocorrer so quando em qualquer um
dos trs segmentos de 15 cm o nmero de golpes for maior do que 30 ou o nmero de
golpes alcanar valores superiores a 50, antes dos 45 cm. A cravao do amostrador-
padro tambm interrompida quando este no avana no solo aps aplicao de cinco
golpes sucessivos do martelo.
O ndice N supracitado obtido quando a cravao atinge 45 cm e o seu valor
determinado pela soma do nmero de golpes das segunda e terceira etapas de cravao de
15 cm. No entanto, quando ocorre a situao do amostrador-padro penetrar 45 cm ou mais
na camada de solo somente com o peso do martelo o valor adotado para o ndice N igual
a zero. Pode acontecer, tambm, de logo no primeiro golpe a penetrao ser maior do que
45 cm, neste caso, o resultado da medio deve ser representado por frao, onde no
numerador aparece o numero um (nmero de golpes) e no denominador deve ser
apresentado a profundidade de penetrao relativa a este golpe, por exemplo, 1/50. Outra
situao passvel de acontecer o amostrador-padro, com poucos golpes, exceder
significativamente os 45 cm ou quando no puder haver distino clara nas trs penetraes
parciais de 15 cm, nestas situaes o resultado tambm deve ser apresentado em forma de
frao, por exemplo, 1/78 ou 1/26.
3.2.3.4 Critrios de paralisao
A ABNT, atravs da NBR 6484/2001, estipula critrios para paralisao das
sondagens a percusso do solo. O processo de perfurao por circulao de gua,
associado aos ensaios penetro mtricos, devem ser paralisados sempre que as situaes
abaixo acontecerem.
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Quando, em 3 m sucessivos, se obtiver 30 golpes para penetrao dos 15 cm
iniciais do amostrador-padro;
Quando, em 4 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetrao dos 30 cm
iniciais do amostrador-padro;
Quando, em 5 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetrao dos 45
cm do amostrador-padro.
Outro critrio utilizado que j fora supracitado quando do avano da perfurao por
circulao de gua forem obtidos avanos inferiores a 50 mm em cada perodo de 10 min
ou, ento, quando, aps a realizao de quatro ensaios consecutivos, no for alcanada a
profundidade de execuo do SPT. Caso haja a necessidade tcnica de continuar a
investigao o mtodo implantado para a sondagem a percusso deve ser o mtodo de
perfurao rotativa.
3.2.3.5 Observao do nvel do lenol fretico
Um aspecto muito importante da sondagem do solo definir a que profundidade
encontra-se o nvel do lenol fretico. Um indcio forte de que se alcanou o nvel dgua, ou
ento que se tenha atravessado um nvel dgua, a umidade aparente que o solo retirado
durante a escavao apresenta, o operador deve estar atento a isso. Quando essa situao
verificada deve-se interromper a operao de perfurao e comear a observar a elevao
do nvel dgua no furo e realizar leituras a cada cinco minutos dentro de um prazo mnimo
de quinze minutos. Quando da interrupo da execuo da sondagem, se faz obrigatria a
medio, tanto no incio quanto no fim da interrupo, do nvel dgua no furo, bem como da
profundidade aberta do furo e da posio do tubo de revestimento, sendo mantidas essas
recomendaes quando ocorrer artesianismo ou fuga de gua no furo.
Quando terminada a sondagem, deve-se tentar, ao mximo, a retirada de gua
interna do furo com auxlio do baldinho, assim como deve ser retirado o tubo de
revestimento doze horas aps o encerramento da sondagem, contanto que o furo no esteja
obstrudo, e realizar novamente a medida da posio do nvel dgua.
3.3 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO
A introduo dos conceitos, procedimentos e tcnicas que envolvem os processos de
sondagem, execuo, amostragem e medies que so pertinentes ao Ensaio SPT do solo
apresentados neste captulo so baseados nas normas NBR 6484 e NBR 8036, produzidas
pela Associao Brasileira de Normas Tcnicas, a ABNT, e o conhecimento de tais normas
justificado, principalmente, pelo conceito de que para exigir e cobrar um servio de
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qualidade que satisfaa as expectativas, assim como o bom entendimento dos resultados
obtidos, primordial que se conhea os aspectos gerais englobados pelas atividades em
questo, pois, quando da atuao do engenheiro civil, geralmente o servio de sondagem
do solo terceirizado para laboratrios especializados neste nicho.
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4. MTODOS DE CLCULO
4.1 ELEMENTO DE FUNDAO POR ESTACA
Inicialmente, antes da introduo do conceito de capacidade de carga das estacas
de fundao, se faz necessrio a definio do que seria um elemento de fundao por
estaca. A estaca, por definio, assemelha-se a um pilar, pois se trata de uma barra sujeita,
prioritariamente, esforos axiais de compresso, porm, o que distingue estes dois
elementos estruturais a interao solo/estaca, ou seja, uma estaca s elemento de
fundao quando est envolta pelo macio de solo.
4.2 CAPACIDADE DE CARGA
Quando do momento de clculo e definio do tipo de fundao a ser executada
fornecido ao responsvel pelo projeto das fundaes os esforos resultantes nos pilares
imediatamente superiores cota de fundao e o que nortear a escolha do tipo de estaca,
assim como sua cota de apoio e/ou o nmero de estacas por blocos de transferncia de
carga entre pilares e estacas a capacidade de carga inerente a cada tipo de estaca.
Figura 19. Exemplo de Blocos de Fundao. Fonte: arquivo pessoal.
Segundo Cintra e Aoki (2010) o conceito de capacidade de carga definido pela
aplicao de uma carga e o aumento gradativo desta carga, mobilizando tenses resistentes
de atrito entre o solo e o fuste da estaca, entenda como fuste o corpo da estaca, e tambm
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tenses resistentes normais ponta da estaca, sendo, assim, a capacidade de carga da
estaca a soma dessas tenses resistentes. De modo simplificado, considere que primeiro
haja somente a tenso resistente de atrito entre o solo e a estaca e que aps total
mobilizao dessa tenso comece, ento, a mobilizao da tenso resistente de ponta da
estaca. Caso no houvesse a resistncia de ponta de estaca, para cargas maiores do que a
tenso resistiva de atrito lateral, a estaca deslocar-se-ia incessantemente para baixo, por
isso, a capacidade de carga de uma estaca (R) limita-se a soma da resistncia de atrito
lateral (RL) e a resistncia de ponta da estaca (RP). Deste conceito resulta a expresso da
capacidade de carga.
R = RL + RP (3.1)
A resistncia de ponta da estaca pode ser obtida multiplicando-se a resistncia de
ponta, em unidades de tenso (rP), pela rea da seo transversal da base da estaca (AP):
RP = rPAP (3.2)
Cintra e Aoki (2010) enunciam que para os casos especiais de estacas pr-moldadas
com seo vazada, perfis metlicos e estacas Franki, a resistncia de ponta obtida pelo
mesmo produto supracitado, porm fazem algumas observaes. Quanto pr-moldadas
pode-se considerar a rea da seo cheia por causa do embuchamento que ocorre na
cravao, quanto as estacas de perfis metlicos pode-se utilizar tanto a rea do retngulo
que circunda a seo transversal do perfil quanto a rea real, isto ir depender do grau de
aderncia solo/estaca, e quanto as estacas Franki a rea da ponta (AP) calculada a partir
do volume da base alargada (V), tida como esfrica:
AP = [(3V)/(4 )]^(2/3) (3.3)
Usualmente, os valores de V so definidos relativamente aos dimetros do tubo de
revestimento, que definem o dimetro da estaca, e estes valores esto apresentados
conforme a Tabela 1:
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Tabela 1: Valores usuais de V em funo do dimetro do tubo.
Dimetro do tubo (cm) Volume da base (m)
35 0,18
40 0,27
45 0,36
52 0,45
60 0,60
A resistncia de atrito lateral do fuste com o macio de solo (RL) obtida
multiplicando-se o permetro do fuste (U), igual D (circular) ou 4D (quadrada), pelo
somatrio do produto entre o atrito unitrio, em unidades de tenso (rL), e o comprimento
associado a cada uma das vrias camadas de solo que envolvem o fuste da estaca (L):
RL = U(rLL) (3.4)
Cintra e Aoki (2010) enunciam quais permetros devem ser adotados para os casos
especiais de estacas pr-moldadas com seo vazada, perfis metlicos. Em perfis metlicos
geralmente deve-se usar o permetro resultante da soma de todas as faces em contato com
o solo, note pode haver situaes onde apenas a mesa esteja em contato com o solo e isto
vai depender do solo. Quanto s estacas pr-moldadas de seo vazada o permetro
utilizado ser o resultante do dimetro externo. Desta forma, considerando ressalvas e
conceitos relativos a caractersticas geomtricas das estacas, a equao resultante para o
clculo de capacidade de carga de uma estaca :
R = U (rLL) + rPAP (3.5)
4.3 MTODOS TERICOS
A gama de frmulas para o clculo de capacidade de carga de elementos de
fundao por estacas consideravelmente alta e devido a essa grande diversidade de
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proposies h dificuldade no ajuste de um bom modelo fsico e matemtico que represente
coerentemente a complexidade relativa ruptura de fundaes profundas.
No entanto Cintra e Aoki (2010), para os casos particulares de solos estritamente
argilosos ou arenosos, fornecem um encaminhamento para formulao terica da
capacidade de carga de elementos de fundao por estacas.
4.3.1 ESTACAS EM ARGILA
Para este caso Cintra e Aoki (2010) indicam que a tenso de adeso do solo ao fuste
da estaca, atrito, pode ser calculada em funo do produto da coeso no drenada (c) da
argila com um fator de adeso () entre o solo e a estaca. Desta forma a incgnita rL
assume a forma:
rL = c (3.6)
Utilizando esse novo conceito da equao (3.6), a equao (3.4) assume a forma:
RL = U(cL) (3.7)
Figura 20. Fator de adeso x Coeso c (kPa). Fonte: ONeill et al (1999).
A outra incgnita, referente ao solo, envolvida no clculo da capacidade de carga do
elemento de fundao por estaca, a resistncia de ponta (rP) pode ser obtida transformando
a tenso resistiva de ponta em uma soma do produto entre o valor mdio da coeso no
drenada da camada de apoio da ponta da estaca (c) e o fator de capacidade de carga para
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fundaes profundas (NC = 9) com a tenso vertical efetiva na cota de apoio da base da
estaca (q). Desta forma a equao (3.2) assume a forma:
RP = (9c+q)AP (3.8)
4.3.2 ESTACAS EM AREIA
Novamente, assim como para as estacas em argila, o problema consiste na
reformulao das variveis relativas ao solo, rL e rP , e assim definir uma nova equao para
obteno da capacidade de carga do elemento de fundao por estaca.
Para o caso de solos arenosos a tenso de atrito lateral pode ser calculada pelo
produto entre as variveis de tenso horizontal no segmento de estaca (H) e o coeficiente
de atrito solo/estaca (tg), onde o ngulo de atrito entre o solo e a estaca, e a tenso
horizontal obtida pelo produto entre o coeficiente de empuxo (K) e a tenso vertical (V):
rL = KVtg (3.9)
Considerando ainda que a tenso vertical (V) um produto entre o peso especfico
da areia () e a profundidade (z), a equao (3.9) assume a forma:
rL = Kztg (3.10)
Cintra e Aoki (2010) alertam para o fato de que o atrito lateral no cresce
indefinidamente com a profundidade em razo do efeito de arqueamento nas areias,
atingindo um valor crtico (rL*) a profundidades de ordem de 10 ou 20 vezes o dimetro da
estaca, dependendo, respectivamente, se areia for fofa ou compacta. Sendo assim, o
clculo feito atravs da preposio de que o atrito lateral aumenta linearmente at uma
profundidade igual a 15 vezes o dimetro, para qualquer que seja a compacidade do solo,
permanecendo constante e igual ao valor crtico para profundidades maiores. Desta modo, a
equao (3.10) assume a forma:
rL* = K(15D)tg (3.11)
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O valor de coeficiente de empuxo (K), assim como o ngulo de atrito (), variam de
acordo com o processo executivo da estaca e do material do qual feita, definindo assim a
tabela abaixo.
Tabela 2. Coeficiente de empuxo K e ngulo de atrito . Fonte: Broms (1966).
Estaca K
Areia Fofa Areia Compacta
Metlica 0,5 1,0 20
Pr-moldada de concreto 1,0 2,0 3/4
Madeira 1,5 4,0 2/3
.A resistncia de ponta na iminncia de ruptura, quando a estaca tende ao
deslocamento incessante para baixo, em areias puras, o produto entre o valor mximo de
sobrecarga (q*), correspondente a profundidade crtica (15D), o fator de capacidade de
carga (Nq*) e a rea da seo transversal da base da estaca (AP):
RP = (q*Nq*)AP (3.12)
4.4 MTODOS SEMIEMPRICOS
Considerando a dificuldade de formulao de modelos matemticos e fsicos para
fundaes profundas confiveis, muitos autores tm proposto mtodos baseados em
empirismo atravs de correlaes e resultados de ensaio in loco e ajustados com provas de
carga. Atualmente escritrios de clculo e projetos em fundaes profundas tm utilizado
trs mtodos semiempricos brasileiros, sendo eles o mtodo Aoki-Velloso (1975), o mtodo
Dcourt-Quaresma (1978) e o mtodo Teixeira (1996).
4.4.1 MTODO AOKI-VELLOSO (1975)
Segundo Cintra e Aoki (2010), neste mtodo, as incgnitas relativas ao solo, rL e rP,
so incialmente obtidas a partir do ensaio de penetrao esttica CPT, atravs dos valores
de resistncia de ponta do cone (qC) e do atrito lateral unitrio (fS), divididos por fatores de
correo que levam em conta a diferena de comportamento entre a estaca e o modelo
CPT, F1 e F2:
rP = qC/F1 (3.13)
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31
rL = fS/ F2 (3.14)
Contudo, este tipo de ensaio CPT no muito utilizado no Brasil, sendo o ensaio
SPT, conforme supracitado, o mais empregado, desta forma, ento, pode-se substituir o
valor da resistncia de ponta (qC) por uma correlao com o ndice de resistncia
penetrao (NSPT):
qC = KNSPT (3.15)
Sendo K um coeficiente que depende do tipo de solo. Tal correlao possibilita,
tambm, representar o atrito lateral em funo de NSPT, com a utilizao da razo de atrito
():
= fS/qC (3.16)
Desta forma o atrito lateral unitrio (fS) pode ser obtido pelo produto entre a razo de
atrito (), que depende do tipo de solo, e a correlao da resistncia de ponta com o NSPT:
fS = KNSPT (3.17)
Substituindo as equaes (3.15) e (3.17) nas equaes (3.13) e (3.14), temos:
rP = [(KNP)/F1] (3.18)
rL = [(KNL)/F2] (3.19)
Onde NP e NL so, respectivamente, o ndice de resistncia penetrao na cota de
apoio da ponta da estaca e o ndice de resistncia penetrao mdio na camada de solo,
sempre relativos sondagem mais prxima.
-
32
Cintra e Aoki (2010) exprimem atravs de tabelas os valores de K e a razo de atrito
() de acordo com cada tipo de solo, e os valores de correo F1 e F2 segundo o tipo de
estaca:
Tabela 3. Coeficiente K e razo de atrito . Fonte: Aoki e Velloso (1975).
Solo K (MPa) (%) Areia 1,00 1,4
Areia Siltosa 0,80 2,0
Areia Siltoargilosa 0,70 2,4
Areia Argilosa 0,60 3,0
Areia Argilossiltosa 0,50 2,8
Silte 0,40 3,0
Silte Arenoso 0,55 2,2
Silte Arenoargiloso 0,45 2,8
Silte Argiloso 0,23 3,4
Silte Argiloarenoso 0,25 3,0
Argila 0,20 6,0
Argila Arenosa 0,35 2,4
Argila Arenossiltosa 0,30 2,8
Argila Siltosa 0,22 4,0
Argila Siltoarenosa 0,33 3,0
Tabela 4. Fatores de correo F1 e F2 atualizados. Fonte: Aoki e Velloso(1975)
Tipo de Estaca F1 F2
Franki 2,50 2F1
Metlica 1,75 2F1
Pr-Moldada 1+(D/0,80) 2F1
Escavada 3,0 2F1
Raiz, Hlice contnua 2,0 2F1
Para este mtodo Cintra e Aoki (2010) recomendam que sua formulao geral seja
mantida, porm, deve-se buscar substituir as correlaes originais, muito abrangentes, por
correlaes regionais, mais coerentes, e que tenham validade comprovada.
4.4.2 MTODO DCOURT-QUARESMA (1978)
Neste mtodo a resistncia de atrito lateral (RL) e a resistncia de ponta de estaca
(RP) da equao da capacidade de carga (R) so representadas pelas seguintes equaes:
RL = rLUL (3.20)
RP = rPAP (3.21)
-
33
Para o clculo da resistncia de atrito lateral necessrio que seja feita uma
estimativa da tenso de atrito lateral (rL) atravs do valor mdio do ndice de resistncia
penetrao do SPT ao longo do comprimento do fuste (NL).
Dcourt (1982) define uma expresso para tal estimativa:
rL = {10[(NL/3)+1]} (kPa) (3.22)
Utilizando NL = 15 como limite inferior e NL = 50 para limite superior de valores de
NL, pode-se estimar o tenso de resistncia de atrito lateral para estacas de deslocamento,
e limites entre 3 e 15 para as demais estacas.
Cintra e Aoki (2010) apresentam a expresso para o clculo da tenso de resistncia
de ponta de estaca (rP):
rP = CNP (3.23)
Onde NP o valor mdio dos ndices de resistncia penetrao na ponta,
correspondentes s cotas de apoio e imediatamente superiores e inferiores, sendo C o
coeficiente caracterstico do solo.
Tabela 5. Coeficiente caracterstico do solo C. Fonte: Dcourt e Quaresma (1978)
Tipo de Solo C (kPa)
Argila 120
Silte argiloso* 200
Silte arenoso* 250
Areia 400
*alterao de rocha (solos residuais)
Dcourt (1996) ainda introduz na equao de capacidade de carga do elemento de
fundao por estaca fatores e , respectivamente nas parcelas de resistncia de ponta de
estaca e de resistncia de atrito lateral, fazendo com que a equao assuma a forma:
R = CNPAP + 10[(NL/3)+1)]UL (3.24)
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Segundo Dcourt (1996), para o uso do mtodo para estacas com lama bentontica,
escavadas em geral, tipo hlice contnua e raiz, e estacas injetadas sob altas presses
deve-se seguir os valores de e apresentados pelas tabelas abaixo, sendo que para as
demais os valores desses fatores so iguais a um.
Tabela 6. Valores do fator . Fonte: Dcourt (1996).
Tipo de Solo
Tipo de Estaca
Escavada em Geral
Escavada (betonita)
Hlice Contnua
Raiz Injetada (altas
presses)
Argilas 0,85 0,85 0,30* 0,85* 1,00*
Solos Intermedirios
0,60 0,60 0,30* 0,60* 1,00*
Areias 0,50 0,50 0,30* 0,50* 1,00*
*valores apenas orientativos diante do reduzido nmero de dados disponveis
Tabela 7. Valores do fator . Fonte: Dcourt (1996).
Tipo de Solo
Tipo de Estaca
Escavada em Geral
Escavada (betonita)
Hlice Contnua
Raiz Injetada (altas
presses)
Argilas 0,80* 0,90* 1,00* 1,50* 3,00*
Solos Intermedirios
0,65* 0,75* 1,00* 1,50* 3,00*
Areias 0,50* 0,60* 1,00* 1,50* 3,00*
*valores apenas orientativos diante do reduzido nmero de dados disponveis
4.4.3 MTODO TEIXEIRA (1996)
Assim como os outros mtodos descritos anteriormente, o mtodo de Teixeira
prope uma equao unificada para a capacidade de carga:
R = RP + RL = NPAP + NLUL (3.25)
Para este mtodo NP corresponde ao valor mdio do ndice de resistncia
penetrao medido no intervalo de 4 dimetros acima da ponta da estaca e 1 dimetro
abaixo, e NL corresponde ao valor mdio do ndice de resistncia penetrao ao longo do
fuste da estaca. Sendo que os valores dos parmetros e tambm so tabelados.
-
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Tabela 8. Valores do parmetro . Fonte: Teixeira (1996).
Solo Tipo de estaca - (kPa)
(4
-
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do solo, que depende do macio de solo, geometria e tipologia das estacas e a carga
atuante no pilares. No entanto, mesmo que haja uniformidade nos dimetros e que sejam
utilizados os mesmos tipos de estacas, o comportamento de cada conjunto de elementos de
fundaes por estacas sero diferenciados, isso porque o solo no apresenta ao longo de
seu comprimento e profundidade um comportamento homogneo. Tal constatao indica
que os valores obtidos por modelos matemticos devem ser tratados de forma que se
garanta a segurana e estabilidade da edificao. Para tratar matematicamente os esforos
e fatores envolvidos que determinam a capacidade de carga dos elementos de fundao por
estacas h duas filosofias de projeto.
A primeira filosofia desenvolvida a partir da resistncia caracterstica, capacidade
de carga de cada estaca, que reduzida por um fator de minorao (M) de modo que
sempre seja maior do que os esforos solicitantes (SK), esforos resultantes das cargas da
edificao aumentados por um fator de majorao (F).
A segunda filosofia de projeto recomenda que seja utilizado o valor mdio de
capacidade de carga (RMD) reduzido ainda por um fator de segurana (FS), sendo assim,
determinado o conceito de carga admissvel (PA):
PA = (RMD/ FS) (3.26)
Segundo Cintra e Aoki (2010), ambas as filosofias de projeto so previstas em
norma, sendo que a filosofia de carga admissvel a preferida atualmente pelos projetistas.
Fazendo correlaes denominando (R) como a relao entre os valores mdio e
caracterstico de resistncia (R = RMD/RK) e (S) como a relao entre os valores
caracterstico e mdio de solicitao (S = SK/SMD), pode-se obter a expresso geral que
define o fator de segurana:
FS = S F M R (3.27)
Porm, quanto a este fator de segurana, para os elementos de fundaes por
estacas, a NBR 6122:2010 estabelece que o FS utilizado seja igual a dois quando a
capacidade de carga for calculada por mtodos semiempricos e que, para os casos
especficos de estacas escavadas, no mximo 20% da carga admissvel pode ser suportada
pela ponta da estaca, ou ento, no mnimo 80% da resistncia lateral.
Cintra e Aoki (2010) indicam que o fator de segurana global utilizado por Aoki e
Velloso (1975) igual a dois:
PA = R/2 = (RL + RP)/2 (3.28)
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37
Enquanto Dcourt e Quaresma (1978) utilizam fatores de segurana diferenciados
para as parcelas de resistncia de ponta e resistncia lateral:
PA = (RP/4)+(RL/1,3) (3.29)
E por ltimo, Teixeira (1996) utiliza de modo geral o fator de segurana igual a dois,
exceto em casos de estacas escavadas em cu aberto, para quais introduz fatores de
segurana diferenciados:
PA = (RP/4)+(RL/1,5) (3.30)
Para os casos de solos adensveis que produzem atrito negativo nas estacas, a
NBR 6122:2010 determina que no clculo da carga admissvel seja descontado tal atrito:
PA = ((RP+RL)/FS)-RL (3.31)
4.5.1 CARGA DE CATLOGO
Cintra e Aoki (2010) explicam que este mtodo de carga de catlogo contempla
exclusivamente a estaca, considerando-as isoladamente, sem levar em conta o aspecto
geotcnico. Desta forma a carga admissvel da estaca (PE) obtida atravs do produto entre
uma espcie de tenso admissvel (E) e a rea da seo transversal do fuste da estaca.
Note que PE trata-se da carga admissvel da estaca e PA a carga admissvel da fundao,
por isso utiliza-se o termo carga de catlogo (PE) para evitar confuses. No entanto, quando
conhecidas essas duas cargas admissveis utiliza-se a menor por efeito de segurana.
4.6 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO
Com as cargas resultantes nos pilares, a carga P citada no incio deste captulo j
conhecida, a partir disto deve-se determinar a capacidade de carga por trs metodologias
diferentes, ou seja, deve ser determinada atravs de uma carga de catlogo, admitida como
carga admissvel, multiplicada por um fator de segurana resultando em uma capacidade de
carga e, posteriormente, calcular o comprimento (L) da estaca para esta capacidade de
carga, ou ento por um processo contrrio, determinando, inicialmente, o comprimento
mximo da estaca. Outra metodologia alternativa forar o apoio da estaca em uma cota
onde haja um NSPT satisfatrio.
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5. PATOLOGIAS
5.1 RECALQUE DIFERENCIAL
O recalque diferencial o fenmeno relacionado s fundaes que causa a maior
parte das patologias em edifcios e decorrente de falhas nas fundaes, seja em projeto,
execuo ou por consequncia de problemas relativos ao solo.
Em seus estudos Assuno (2005) descreve recalque como um deslocamento
vertical do conjunto estrutura/fundao devido s tenses geradas pela estrutura. Este
deslocamento acontece segundo duas etapas, um recalque imediato, logo aps a
implantao da estrutura, e outro recalque que acontece com o passar dos anos por
adensamento do solo. O solo composto por partculas de diferentes granulometrias quando
submetido a tenses tende ao adensamento, ou seja, diminuio dos vazios atravs da
presso que escoa as guas intersticiais pelos poros do solo e por isso as partculas se
rearranjam ocorrendo uma compactao dos vazios. Isso causa uma reduo de volume do
solo e ao se deformar o solo traz consigo a estrutura que nele esta apoiada. Como os solos
so pouco permeveis, com a exceo de solos muito arenosos, esse processo de
escoamento da gua e compactao demorado e esta a razo de que mesmo depois da
implantao da edificao o solo continue a se recalcar.
O recalque em si no confere um perigo alto estabilidade do edifcio e nem traz
patologias que prejudiquem o desempenho, desde que o solo se recalque de modo
uniforme, no entanto quando ocorre um recalque diferencial entre as estacas da fundao,
patologias comeam a surgir por toda superestrutura e quando este recalque for maior do
que o permitido por norma, a edificao necessitar de reforos em suas fundaes, caso
contrrio o risco de colapso eminente e verifica-se a necessidade da retirada de usurios
do empreendimento. A figura abaixo ajuda a ilustrar um exemplo de qual forma pode ocorrer
um recalque diferencial.
Figura 21. Recalque diferencial de um pilar. Fonte: ASSUNO (2005)
-
39
5.2 BULBO DE TENSES
As cargas geradas pela superestrutura induzem tenses ao solo, que se propagam e
tendem a diminuir com o aumento de profundidade e distanciamento do ponto de aplicao.
Unindo os pontos com mesmo acrscimo de tenses, obtm-se o bulbo de tenses, que
representa qual ser a parcela da carga que cada camada do solo ser responsvel para
sustentar. O conhecimento deste conceito muito importante, uma vez que cada edifcio
gera um bulbo de tenses diferente, podendo, dependendo da proximidade dos
empreendimentos, um bulbo sobrepor o outro e, por consequncia, aumentar o acrscimo
de carga na regio de interseo, causando recalque de parte da estrutura, maior do que o
previsto em projeto, resultando em um recalque diferencial, o que se deve evitar ao mximo.
A figura que segue abaixo ilustra esse fenmeno.
Figura 22. Sobreposio de bulbos.
Atravs da propagao de tenses o bulbo pode alcanar diversas camadas de solo
com capacidades variveis de resistncia s cargas. Um cenrio positivo quando o bulbo
est completamente desenvolvido em um solo resistente (Figura 21), outro cenrio,
negativo, observado quando o desenvolvimento do bulbo estabelece-se em camadas de
solo com resistncias diferentes e contrrias (Figura 24) possibilitando a ocorrncia de
recalques mais acentuados.
-
40
Figura 23. Bulbo de tenses desenvolvido em solo resistente.
Figura 24. Bulbo de tenses desenvolvido em solos com resistncias diferentes.
5.3 SOLOS HETEROGNEOS
Normalmente ocorre a situao do solo da rea utilizada possuir camadas diferentes,
e em pouca distncia horizontal. Se este fato for ignorado e no momento de concepo de
estrutural do projeto de fundaes for previsto cotas de apoio iguais para as estacas em
camadas de solo onde o ndice de resistncia penetrao (Figura 25), ou usar tipologias
de fundaes de diferentes rigidezes (Figura 26) sem que seja prevista a dessolidarizao
entre as partes da estrutura assentes em sobre fundaes diferentes, o projeto ser falho e
resultar em recalques diferenciais.
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41
Figura 25. Camadas com NSPT diferentes. Fonte: ASSUNO (2005).
Figura 26. Sistemas diferenciados de fundaes. Fonte: ASSUNO (2005)
Devido a heterogeneidade do solo possvel a existncia de mataces, segmentos
de rochas fragmentados no macio de solo, que podem causar danos s estacas durante a
cravao (Figura 27), por isso necessrio muita ateno para a possvel ocorrncia deste
quadro.
Figura 27. Presena de mataces. Fonte: ASSUNO (2005)
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42
5.4 ATRITO NEGATIVO
De acordo com Soares (2005), quando uma estaca atravessa uma camada de solo
compressvel, podem ocorrer esforos adicionais na mesma (que no constam do desenho
do engenheiro de estruturas), tais como empuxos horizontais devido a cargas unilaterais
nessa camada de solo e atrito negativo, que, no caso de estacas verticais, corresponde a
um acrscimo na carga axial decorrente de um recalque das camadas compressvel. Se a
estaca for inclinada existir tambm um esforo de flexo decorrente desse recalque.
Figura 28. Esforos adicionais nas estacas. Fonte: SOARES (2005).
O atrito negativo pode ocorrer devido a vrias causas, dentre elas se destacam:
5.4.1 AMOLGAMENTO
Soares (2005) explica que quando uma estaca cravada atravs de uma camada de
argila mole submersa tende a deslocar, lateralmente, parte dessa argila provocando
amolgamento (perda de resistncia) da mesma. A regio amolgada resultante depende
(alm do dimetro da estaca e do processo de execuo) da sensibilidade da argila.
Ainda de acordo com Soares (2005), o valor do atrito negativo, neste caso, igual ao
peso prprio da argila amolgada, porm a extenso desse amolgamento um assunto muito
controvertido, visto que algumas argilas recuperam rapidamente uma parcela considervel
de sua resistncia poucos dias aps a cravao das estacas (fenmeno da "cicatrizao")
como o caso das argilas da Baixada Santista, que, apesar de terem uma alta
sensibilidade, recuperam parte considervel de sua resistncia muito rapidamente. Por esta
razo nas argilas da Baixada Santista, no se considera qualquer parcela de atrito negativo
devido cravao das estacas (a no ser que se executem aterros ou obras que imponham
cargas verticais na argila).
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43
Figura 29. Atrito negativo causado por amolgamento. Fonte: SOARES (2005).
5.4.2 SOBRECARGA DEVIDO A ATERRO
Segundo Soares (2005), a parcela de atrito negativo transmitida pelo aterro depende
da geometria deste, mas para um dado estaqueamento no pode ser maior que o peso do
volume de aterro (somado sobrecarga) sobre o plano que contm o estaqueamento.
Soares (2005) aponta que na camada compressvel o atrito negativo depende do
deslocamento relativo entre a estaca e o solo compressvel, alcanando, no mximo, o valor
corresponde resistncia no-drenada da camada compressvel. Supondo um caso
hipottico em que essa camada compressvel repouse sobre um extrato indeformvel e
apresente resistncia crescente com a profundidade, a distribuio das tenses do atrito
negativo tambm aumentar com a profundidade, mas depois de certa profundidade
comear a diminuir, caindo para zero no topo da camada indeformvel (onde o
deslocamento relativo solo-estaca nulo).
Como a grande maioria dos casos a ponta das estacas no atinge o extrato
indeformvel haver um recalque de sua ponta e consequentemente o ponto onde o atrito
negativo nulo se desloca para cima, obtendo-se, na camada compressvel, um certo
trecho com atrito positivo. A mudana do atrito lateral de negativo para positivo ocorre na
profundidade onde o recalque da camada compressvel igual ao recalque da estaca.
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44
Figura 30. Atrito negativo causado por sobrecarga. Fonte: SOARES (2005).
5.4.3 PESO PRPRIO DO SOLO
Solos sub-adensados que recalcam por efeito do peso prprio.
Figura 31. Atrito negativo causado por adensamento do solo. Fonte: SOARES (2005).
5.5 CARREGAMENTO ASSIMTRICO
Em casos em que se tm carregamentos assimtricos em uma fundao, o solo e a
fundao so exigidos com componentes de foras diferentes. A carga que um lado da
fundao est transmitindo ao solo ser superior ao outro lado, logo, teremos recalques com
valores diferentes e novamente um recalque diferencial acentuado.
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Tm-se os casos com cargas uniformemente distribudas, mas com um aterro de
espessura varivel como solo base, por isso seu assentamento no ser uniforme e trincas
certamente aparecero.
Figura 32. Aterros com espessuras variveis. Fonte: THOMAZ (1989).
Analogamente, quando so executados cortes e aterros, deve-se ter em mente que a
fundao estar sujeita a solos com caractersticas diferentes em um curto espao, pois o
lado que foi aterrado sofrer, alm do assentamento natural do aterro, o solo abaixo tem que
resistir ao carregamento da estrutura e do aterro (pois o aterro se torna carga no solo),
aumentando assim a possibilidade de recalques acentuados e aparecimento de fissuras na
estrutura.
Figura 33. Corte e Aterro. Fonte: THOMAZ (1989).
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5.6 CONSIDERAES FINAIS DO CAPTULO
Deve-se fazer a ressalva de que o engenheiro civil , por excelncia, um prestador
de servio para quem o contrate ou compre seu produto, e por isso a qualidade de
desempenho do edifcio como estrutura e como produto de uso do proprietrio, ao passar
dos anos, deve ser garantida. O ideal seria o desenvolvimento e concluso de projetos de
fundaes perfeitos e que no resultassem em recalques diferenciais, porm pela
dificuldade de se compreender por completo o comportamento do solo e o reconhecimento
de que existem alguns erros inerentes execuo e que de fato o solo se recalca com o
passar dos anos, permitido um recalque diferencial mximo, para que a satisfao do
usurio seja mantida e o desempenho estrutural garantido.
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6. CONCLUSO
A edificao considerada em sua totalidade a soma da superestrutura e da
infraestrutura, sendo a primeira parte os elementos estruturais acima da cota do terreno e a
segunda parte os elementos estruturais envoltos pelo macio de solo, e apesar dessa
segmentao em partes a edificao tem comportamento solidarizado entre tais partes, ou
seja, os esforos solicitantes na superestrutura, resultantes do peso prprio dos elementos
estruturais, das cargas permanentes, das cargas acidentais e da ao do vento, so
transferidos aos elementos de fundaes por estacas atravs de blocos de transferncia de
cargas e as fundaes, ento, transferem tais cargas ao solo.
Analisando os resultados obtidos pela sondagem do solo utilizando o mtodo de
ensaio Standart Penetration Test que so os ndices de resistncia penetrao, a
classificao do solo, a presena ou no de mataces e a profundidade do nvel do lenol
fretico, o profissional responsvel pelo projeto de fundaes, com os esforos resultantes
nos pilares, pode iniciar a etapa de concepo do projeto.
Durante a etapa de concepo do projeto alguns fatores alm do carregamento
devem ser considerados porque no sero somente as cargas resultantes e o tipo de solo
que iro determinar a tipologia do projeto. A somatria do entorno, a vizinhana e
edificaes j existentes, os custos inerentes produo e execuo - algumas estacas
exigem equipamentos de custo de locao ou aquisio elevados - e a rea disponvel em
canteiro devem ser compatibilizados com as cargas e o tipo de solo a fim de otimizar a
relao custo/benefcio do projeto.
Atualmente existe uma grande diversidade de estacas passveis de serem utilizadas
como elementos estruturais de fundaes no Brasil, e em geral as estacas, consideradas
fundaes profundas, so classificadas de acordo com seus processos fabris e processos
executivos.
Os processos fabris so divididos em trs tipos, as estacas podem ser pr-moldadas
em fbrica onde h um grande controle da qualidade do concreto e da preciso das
dimenses previstas em projeto, pr-moldadas in loco que difere da produzida em fbrica
quanto ao controle da qualidade do concreto e as estacas moldadas in loco sobre as quais
no h um grande controle da qualidade do concreto e das dimenses tambm.
Os processos executivos so divididos basicamente em dois tipos, as estacas podem
ser executadas atravs de cravao por bate estacas e tem como principal desvantagem a
produo de grandes vibraes no solo, contudo este mtodo muito utilizado por
consequncia do uso maior das estacas que requerem cravao. O outro processo
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executivo dado atravs de escavao do solo, muito indicado para regies onde h grande
densidade de edificaes, pois produzem baixas vibraes, e para solos em que a
profundidade do nvel do lenol fretico rasa. Para ambos os processos desejvel que
se evite a execuo onde haja mataces.
O mtodo de ensaio do solo apresentado no corpo deste trabalho deve ser
compreendido de forma informativa para que os futuros profissionais saibam de qual modo
realizada a sondagem do solo e para que a leitura do relatrio possa ser feita corretamente,
isto porque normalmente a sondagem do solo um servio prestado por terceiros.
muito importante que se conhea bem o solo onde ser executada a obra, porque
a capacidade de carga de cada estaca definida pela resistncia de ponta da estaca e
resistncia de atrito lateral do solo com fuste da estaca, ambas as resistncias esto
diretamente dependentes do tipo de solo.
Atualmente, devido ao grande interesse recente a respeito de fundaes por estacas,
vrias hipteses e modelos fsicos e matemticos tm sido criados e justamente por isso h
dificuldade na definio de um bom modelo terico que represente com maior acurcia o
comportamento do elemento por fundao em estacas, estimulando, desta forma, a
utilizao dos mtodos de clculo semiempricos, que foram apresentados nesse texto.
Para o caso de fundaes por estacas os recalques diferenciais no so desejveis,
porm como trata-se de fundaes profundas o recalque tem escalas menores do que
quando fundaes superficiais por exemplo, sendo que os maiores causadores de
patologias em fundaes por estacas so o atrito negativo do solo com a estaca, que ocorre
quando o solo que envolve a estaca continua a se compactar mesmo com a estaca apoiada
em uma camada de solo bem resistente ou rocha s, e o carregamento assimtrico do solo
que provoca solicitaes diferenciadas nas estacas havendo tambm um carregamento
horizontal do solo que tende a flamb-las.
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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
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AOKI, N.; VELLOSO, D. A. An Approximate method to estimate the bearing capacity of piles. In: PANAMERICAN CONFERENCE ON SOIL MECHANICS AND FOUNDATIONS ENGINEERING, 5., 1975, Buenos Aires. ProceedingsBuenos Aires, 1975. v. 1. p. 367-376.
ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 6122: Projeto e execuo de Fundaes, Brasil, 2010. 91 p.
ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 6484: Solo Sondagens de simples reconhecimento com SPT: Mtodo de Ensaio, Brasil, 2001. 17 p.
ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 8036: Programao de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundaes de edifcios, Brasil, 1983. 3 p.
ASSUNO, J. A. H. R.. Patologia e terapia dos Edifcios do Tribunal de Justia do Estado de Minas Gerais. 2005. 183 p. Dissertao de Mestrado Programa de Ps-Graduao em Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, 2005. Disponvel em: < http