Apostila - Capacidade de Carga Axial de Estacas

Capítulo 4 – Capacidade de Carga Axial de Estacas

Capítulo 4

CAPACIDADE DE CARGA AXIAL DE ESTACAS 4.1 – Generalidades Um dos requisitos básicos de um projeto de fundações é que seja assegurada a estabilidade não apenas do terreno de suporte, mas também do próprio elemento estrutural. Quando uma estaca isolada é sujeita a um carregamento axial, o sistema solo-estaca reage mobilizando resistência, re-estabelecendo a condição de equilíbrio do sistema. A cada estágio do carregamento corresponde um determinado recalque (Fig. 4.1).

V V1

V2

Vn

S1 S2Sn

S

D

Vrup

...

x

x

xx

Vi

Si

Fig. 4.1: Curva Carga-Recalque de uma Estaca.


Há, no entanto, um determinado valor de carga aplicada, onde é atingida a máxima resistência disponível do conjunto solo-estaca. Este valor é denominado de capacidade de carga da estaca (Vrup). Como foi visto no Capítulo 3, a carga de trabalho da estaca deve ser inferior a sua capacidade de carga (Vadm < Vrup). Portanto, o desenvolvimento de um projeto de fundações em estacas requer necessariamente uma estimativa da sua capacidade de carga. 4.2 – Parcelas de Resistência Ao contrário das fundações superficiais, que transferem o carregamento axial ao terreno apenas pela base do elemento estrutural (sapata, radier, etc), as estacas também mobilizam resistência através do atrito e/ou aderência entre a sua superfície lateral e o solo circundante. Tem-se, então, uma parcela de resistência por ponta ou base (Rp), e outra de resistência lateral (Rl), como é mostrado esquematicamente na Figura 4.2.

Rl

Rp

Vrup = Rl + Rp

Rl

RpESTACA PRÉ-MOLDADA ESTACA MOLDADA IN LOCO

Vrup = Rl + Rp

Fig. 4.2: Parcelas de Resistência da Estaca.


No estado limite de ruptura da estaca, tem-se:

PLRUP RRV += (4.1) Ao rigor, a Equação 4.1 deveria também levar em consideração o peso da estaca, mas normalmente esta parcela é desprezada. A grandeza das parcelas de resistência depende do tipo de terreno, bem como do tipo de estaca. Por exemplo, o atrito lateral unitário das estacas escavadas é menor que o das estacas cravadas, já que no primeiro caso há uma descompressão do terreno e, conseqüentemente, uma diminuição das pressões laterais atuantes na estaca. Em função das parcelas de resistência, as estacas podem ser classificadas em dois tipos (Fig. 4.3):

• Estacas de Ponta: são aquelas em que a resistência lateral é desprezível (Vrup ≈ Rp). A sua capacidade de carga é governada pela ruptura do elemento estrutural (concreto, aço, etc). Um exemplo são as estacas curtas assentes em rocha resistente.

• Estacas Flutuantes: são aquelas em que a resistência por ponta é desprezível (Vrup ≈ Rl). A sua capacidade de carga é governada pela ruptura do solo. Um exemplo são as estacas longas com ponta em argila mole.

Rl = 0

Rp

Vrup = Rp

ESTACA DE PONTA

Rl

Rp = 0

Vrup = Rl

ESTACA FLUTUANTE

CAMADAFRACA

CAMADARESISTENTE

CAMADAFRACA

CAMADARESISTENTE

Fig. 4.3: Classificação das Estacas.


Um aspecto relevante é que a mobilização das parcelas de resistência não ocorre de maneira simultânea (Fig. 4.4). Observa-se que a resistência lateral é totalmente mobilizada para pequenos recalques, tipicamente da ordem de 0,25 a 1,0 % do diâmetro ou lado da estaca. Já a parcela de ponta só é totalmente mobilizada para recalques de 10 a 30 % do diâmetro (estacas cravadas e escavadas, respectivamente). Isto faz com que as estacas escavadas devam ser projetadas com carga de trabalho da ordem da sua resistência lateral, pois a mobilização da parcela de ponta exige recalques de grande magnitude, que podem causar danos à edificação. A Norma NBR-6122/96, por exemplo, recomenda que para este tipo de estaca pelo menos 80 % da carga de trabalho seja transferida ao terreno por atrito e/ou aderência lateral.

V

S / D

0,25 a 1%

ATRITO

10 a 30 %

PONTA TOTAL

VrupRpRl

Fig. 4.4: Mobilização da Resistência da Estaca.


4.3 – Métodos para Estimativa da Capacidade de Carga Pode-se dizer que há quatro diferentes métodos para o cálculo da capacidade de carga de uma estaca, como mostra a Tabela 4.1. Neste capítulo, serão descritos e discutidos apenas os métodos semi-empíricos baseados em correlações com o ensaio SPT, tendo em vista a sua grande aplicação em projetos de edificações. Tabela 4.1: Métodos para Estimativa da Capacidade de Carga

TIPO DE MÉTODO

CARACTERÍSTICAS VANTAGENS DESVANTAGENS

Métodos Teóricos

-Baseados na Teoria da Capacidade de Carga proposta por Terzaghi (1943). -Pouco usados na prática de projetos.

-São consistentes do ponto de vista matemático.

-Necessitam de vários parâmetros geotéc-nicos, que são normalmente obtidos através de ensaios de campo e laboratório.

Métodos Baseados na Cravação da

Estaca

-Baseados na inter-pretação da cravação da estaca, através da teoria do choque de corpos rígidos, ou equação unidimensional da onda.-Normalmente são usados no controle de execução das estacas, e não na fase de projeto.

-Podem ser usados em todas as estacas da obra. -São facilmente implementados.

-São válidos apenas para estacas cravadas (pré-moldadas ou tipo Franki). -Possuem várias limitações de interpretação (ex: efeito do tempo).

Provas de Carga Estática

-Consistem na aplicação de carregamento à estaca, e medição dos recalques, obtendo-se a sua curva carga-recalque. Normalmente são usados no controle de execução das estacas, e não na fase de projeto.

-É o ensaio que mais se aproxima da real situação de carrega-mento da maioria das obras (ex: edifica-ções). -Pode ser realizado em qualquer tipo de estaca.

-É um ensaio caro e demorado. -A representatividade dos resultados de alguns poucos ensaios é questionável em relação ao restante do estaqueamento.

Métodos Semi-Empíricos

-Baseados em correlações com ensaios de campo (SPT, CPT, piezocone, etc). São os mais usados na prática, na fase de projeto.

-Simples de serem implementados.

-Dependem da prática local. -Podem apresentar uma razoável dispersão, depen-dendo do terreno.


4.4 – Métodos Semi-Empíricos Como já foi visto na Equação 4.1, a capacidade de carga de uma estaca pode ser representada pela soma da sua resistência por ponta e lateral. Estas parcelas podem ser representadas por:

LLLL rLUrAR ⋅⋅=⋅= (4.2)

PPP rAR ⋅= (4.3) Onde: AL = área lateral da estaca. rL = atrito lateral unitário [F.L-2]. U = perímetro da seção transversal da estaca. L = comprimento enterrado da estaca. AP = área da ponta da estaca. rP = resistência de ponta unitária [F.L-2]. Na realidade, os métodos semi-empíricos apresentam correlações entre os valores de rL e rP , e resultados de ensaios de campo. Para fins de cálculo de capacidade de carga, a área da ponta de estacas pré-moldadas de concreto vazadas é aquela corresponde à seção plena, visto que o solo adere fortemente ao interior da estaca, trabalhando como se fosse uma seção maciça (Fig. 4.5). No caso das estacas metálicas, a área de ponta é aquela correspondente à seção envolvente, e a área lateral é a resultante do contato das faces do perfil com o solo (Fig. 4.6).

Acon < Ap

Acon

Acon

Ap

Ap

Fig. 4.5: Área da Ponta em Estacas Pré-moldadas Vazadas.


Ap > Aaço

Ap

Aaço

Ap > Aaço

Ap

Aaço

PERFIL TIPOTRILHO

PERFILLAMINADO

U U

Fig. 4.6: Área de Ponta e Lateral em Estacas Metálicas. Já no caso das estacas tipo Franki, a área de ponta é calculada a partir do diâmetro equivalente da base, que pode ser obtido igualando-se o volume da base a uma esfera equivalente, como foi mostrado no Capítulo 2. A seguir são apresentados alguns métodos baseados em ensaios SPT. Ressalta-se que todos estes métodos foram desenvolvidos a partir de retroanálises de provas de carga, ou seja, devem ser aplicados apenas aos tipos de estacas previstos pelos métodos. A Tabela 4.2 apresenta a aplicabilidade de tais métodos. 4.4.1 – Método de Aoki-Velloso (1975) e Aoki-Velloso Modificado (1988) Este método foi originalmente desenvolvido baseado em correlações com o ensaio de cone. Como na maioria dos projetos a única informação geotécnica disponível são as sondagens a percussão (SPT), os autores também apresentaram correlações entre resultados dos ensaios de CPT e SPT. Laprovítera (1988) atualizou o banco de dados que serviu de desenvolvimento ao método, e propôs algumas alterações nos fatores de correlação. Segundo os autores, os valores de rL e rP dependem do tipo de solo, resistência a penetração (NSPT) e tipo de estaca (Fig. 4.7).


Tabela 4.2: Aplicabilidade dos Métodos Semi-Empíricos. TIPO DE ESTACA

MÉTODO PRÉ-MOLDADA

TIPO FRANKI

ESCAVADA RAIZ HÉLICE CONTÍNUA

Aoki-Velloso (1975)

X X X -- --

Aoki-Velloso Modif. (1988)

X X X -- --

Décourt-Quaresma (1978)

X X X -- --

Décourt (1996)

X X X X X

Cabral (1986)

-- -- -- X --

BRASFOND (1991)

-- -- -- X --

Antunes-Cabral (1996)

-- -- -- -- X

Alonso (1996)

-- -- -- -- X

Marques (1997)

-- -- X -- --

Rp

Vrup

1

2

n

...

Rl1

Rl2

Rln

NSPT

PROF.

N1

N2

Nn

Rli NiLi∆.

...

Fig. 4.7: Características do Método de Aoki-Velloso (1975).


Resistência por Atrito Lateral

∑=n

iLL RR1

, (4.4)

iLiiLiLiL rLUrAR ,,,, ⋅∆⋅=⋅= (4.5)

( )2, F

NKr iiiiL

⋅⋅=

α (4.6)

Onde: ALi = área lateral da estaca na camada i.

αi, Ki = coeficientes de correlação, que dependem do tipo solo (Tabela 4.3).

Ni = média aritmética do NSPT na camada i. F2 = fator de escala e execução, que depende do tipo de estaca (Tabela 4.4).

Resistência por Ponta

ppp rAR ⋅= (4.7)

( )1FNK

r ppp

⋅= (4.8)

Onde: Ap = área da ponta da estaca.

Kp = coeficiente de correlação do solo sob a ponta da estaca (Tabela 4.3). Np = média aritmética dos valores de NSPT na ponta da estaca, e imediatamente acima e abaixo. F1 = fator de escala e execução, que depende do tipo de estaca (Tabela 4.4).

Carga Admissível


elemPLrup

adm VFS

RRFSV

V ≤+

== (4.9)

Onde: FS = fator de segurança global, que deve ser igual ou maior que 2. Velem = carga admissível de compressão do elemento estrutural. Tabela 4.3: Coeficientes de Correlação.

AOKI-VELLOSO (1975)

AOKI-VELLOSO MODIFICADO (1988)

TIPO DE

SOLO α (%) K (kPa) α (%) K (kPa) Areia 1,4 1000 1,4 600

Areia Siltosa 2,0 800 1,9 530 Areia Argilosa 3,0 600 3,0 530

Silte 3,0 400 3,0 480 Silte Arenoso 2,2 550 3,0 480 Silte Argiloso 3,4 230 3,4 300

Argila 6,0 200 6,0 250 Argila Arenosa 2,4 350 4,0 480 Argila Siltosa 4,0 220 5,5 250

Tabela 4.4: Fatores de Escala e Execução.

AOKI-VELLOSO (1975)

AOKI-VELLOSO MODIFICADO (1988)

TIPO DE

ESTACA F1 F2 F1 F2 Franki 2,50 5,00 2,50 2,00

Metálica 1,75 3,50 1,70 3,00 Pré-Moldada (D ≤ 0,6 m)

1,75

3,50

1,90

1,40

Pré-Moldada (D > 0,6 m)

---

---

2,50

1,40

Escavadas (D ≤ 0,6 m)

3,00

6,00

---

---

Escavadas (D > 0,6 m)

3,00

6,00

6,10

5,20

Strauss --- --- 4,20 3,80 4.4.2 – Método de Décourt-Quaresma (1978)


Trata-se de um método baseado em correlações com o ensaio SPT, e originalmente desenvolvido para estacas pré-moldadas (concreto e metálicas), mas que pode ser estendido para estacas tipo Franki e escavadas. Segundo os autores, o valor de rL depende apenas da resistência a penetração (NSPT), enquanto o valor de rP depende também do tipo de solo (Fig. 4.8). Resistência por Atrito Lateral


( )kPaNrL 1033,3 +⋅= (4.11) Onde: AL = área lateral da estaca.

N = média aritmética do NSPT ao longo do comprimento da estaca, tomando-se o valor de 3 para NSPT menor que 3, e de 15 para NSPT maior que 15.

Obs.: Por este método, os valores máximo e mínimo do atrito lateral são 20 e 60 kPa, respectivamente. Resistência por Ponta

ppp rAR ⋅= (4.12)

ppp NKr ⋅= (4.13) Onde: Ap = área da ponta da estaca.

Kp = coeficiente de correlação, que depende do tipo de solo sob a ponta da estaca (Tabela 4.5). Np = média aritmética dos valores de NSPT na ponta da estaca, e imediatamente acima e abaixo.

Carga Admissível


elemPLrup

adm VFS

RRFSV

V ≤+

== (4.14)

Onde: FS = fator de segurança global, que deve ser igual ou maior que 2. Velem = carga admissível de compressão do elemento estrutural.

Rp

Vrup

1

2

n

...

NSPT

PROF.

NRl L

Fig. 4.8: Características do Método de Décourt-Quaresma (1978). Tabela 4.5: Coeficientes de Correlação.

TIPO DE SOLO

Kp (kPa)

Argilas 120 Siltes Argilosos* 200 Siltes Arenosos* 250

Areias 400 * Solos residuais 4.4.3 – Método de Décourt (1996)


O método proposto por Décourt e Quaresma (1978) previa as estacas pré-moldadas como o seu tipo padrão. Posteriormente, Décourt (1996) introduziu no método coeficientes de ponderação (α, β) no cálculo das resistências por ponta e lateral, com o objetivo de serem considerados outros tipos de estacas. A metodologia, no entanto, permanece praticamente a mesma, com exceção do limite superior do NSPT para o cálculo do atrito lateral unitário, que passou de 15 para 50, o que corresponde a um atrito unitário máximo de 177 kPa. Resistência por Atrito Lateral

( ) ( ) ββ ⋅⋅⋅=⋅⋅= LLLL rLUrAR (4.15)

( )kPaNrL 1033,3 +⋅= (4.16) Onde: N = média aritmética do NSPT ao longo do comprimento da estaca,

tomando-se o valor de 3 para NSPT menor que 3, e de 50 para NSPT maior que 50.

β = coeficiente de ponderação (Tabela 4.6). Resistência por Ponta

( ) α⋅⋅= ppp rAR (4.17)

ppp NKr ⋅= (4.18) Onde: α = coeficiente de ponderação (Tabela 4.6). Carga Admissível


elemPLrup

adm VFS

RRFSV

V ≤+

== (4.19)

Onde: FS = fator de segurança global, que deve ser igual ou maior que 2. Velem = carga admissível de compressão do elemento estrutural. Tabela 4.6: Coeficientes de Ponderação.

ESCAVADA SEM LAMA

ESCAVADA COM LAMA

HÉLICE CONTÍNUA

ESTACA RAIZ

MICRO-ESTACA

TIPO DE

SOLO α β α β∗ α∗ β∗ α∗ β∗ α∗ β∗ Argilas 0,85 0,80 0,85 0,90 0,30 1,00 0,85 1,50 1,00 3,00 Siltes 0,60 0,65 0,60 0,75 0,30 1,00 0,60 1,50 1,00 3,00 Areias 0,50 0,50 0,50 0,60 0,30 1,00 0,50 1,50 1,00 3,00 * valores apenas orientativos, diante do reduzido número de dados disponíveis. 4.4.4 – Método de Cabral (1986) Este método foi originalmente desenvolvido para estacas raiz, mas também vem sendo utilizado em projetos de microestacas. Segundo o autor, os valores de rL e rP dependem do tipo de solo, resistência a penetração (NSPT) e pressão de injeção. Resistência por Atrito Lateral

∑=n

iLL RR1

, (4.20)


MPaMPaNr iiiiL 2,0)(1,0 ,1,0, ≤⋅⋅⋅= ββ (4.22)

)001,0(1,0 Dpii ⋅−+=β (4.23) Onde: ALi = área lateral da estaca na camada i.


Ni = média aritmética do NSPT ao longo da camada i. β1,i = coeficiente de correlação, que depende do tipo de solo da camada i (Tabela 4.7). pi = pressão de injeção na camada i (MPa). D = diâmetro acabado da estaca (mm).


ppp rAR ⋅= (4.24)

MPaNr PpP 52,0 ≤⋅⋅= ββ (4.25)

)001,0(1,0 Dppp ⋅−+=β (4.26) Onde: Ap = área da ponta da estaca.

β2 = coeficiente de correlação, que depende do tipo de solo sob a ponta da estaca (Tabela 4.7). Np = média aritmética dos valores de NSPT na ponta da estaca, e imediatamente acima e abaixo. pp = pressão de injeção na ponta da estaca (MPa).

Tabela 4.7: Coeficientes de Correlação.

TIPO DE SOLO

β1 (%)

β2 (MPa)

Areia 7,0 0,30 Areia Siltosa 8,0 0,28

Areia Argilosa 8,0 0,23 Silte 5,0 0,18

Silte Arenoso 6,0 0,20 Silte Argiloso 3,5 0,10

Argila 5,0 0,10 Argila Arenosa 5,0 0,15 Argila Siltosa 4,0 0,10

Carga Admissível


elemPLrup

adm VFS

RRFSV

V ≤+

== (4.27)

Onde: FS = fator de segurança global, que deve ser igual ou maior que 2. Velem = carga admissível de compressão do elemento estrutural. Ressalta-se que a Norma NBR-6122/96 recomenda que as estacas escavadas com injeção (raiz e microestacas), quando não penetrarem na rocha, devem ser dimensionadas levando-se em conta apenas a sua resistência lateral. A resistência de ponta só deve ser considerada para o caso da estaca ter um embutimento mínimo igual a 3 diâmetros dentro da camada de rocha. 4.4.5 – Método da BRASFOND (1991) Este método foi originalmente desenvolvido para estacas raiz, mas a exemplo do Método de Cabral (1996), também vem sendo utilizado em projetos de microestacas. Segundo o método, o valor de rL depende apenas da resistência a penetração (NSPT). Já a resistência de ponta unitária depende também do tipo de solo. Resistência por Atrito Lateral


( )kPaNrL ⋅= 5 (4.29) Onde: AL = área lateral da estaca.

N = média aritmética do NSPT ao longo do comprimento da estaca, tomando-se o valor de 40 para NSPT maior que 40.

Obs.: Por este método, o valor máximo do atrito lateral é 200 kPa. Resistência por Ponta


ppp rAR ⋅= (4.30)

ppP Nr ⋅= α (4.31) Onde: Ap = área da ponta da estaca.

αP = coeficiente de correlação, que depende do tipo de solo sob a ponta da estaca (Tabela 4.8). Np = média aritmética dos valores de NSPT na ponta da estaca, e imediatamente acima e abaixo, tomando-se o valor de 40 para NSPT maior que 40.

Carga Admissível

elemPLrup

adm VFS

RRFSV

V ≤+

== (4.32)

Onde: FS = fator de segurança global, que deve ser igual ou maior que 2. Velem = carga admissível de compressão do elemento estrutural. Tabela 4.8: Coeficiente de Correlação.

TIPO DE SOLO

αp (kPa)

Argila Siltosa 80 Silte Argiloso 100

Argila Arenosa 120 Silte Arenoso 150 Areia Argilosa 180 Areia Siltosa 210

Areia 270 Areia com Pedregulhos 300

4.4.6 – Método de Antunes-Cabral (1996)


Este método foi originalmente desenvolvido para estacas hélice contínua, e considera que os valores de rL e rP dependem do tipo de solo e da resistência a penetração (NSPT). Resistência por Atrito Lateral

∑=n

iLL RR1

, (4.33)


iiLi NBr ⋅= ,1 (4.35) Onde: ALi = área lateral da estaca na camada i.

Ni = média aritmética do NSPT ao longo da camada i. B1,i = coeficiente de correlação, que depende do tipo de solo da camada i (Tabela 4.9).


ppp rAR ⋅= (4.36)

MPaNBr pP 42 ≤⋅= (4.37) Onde: Ap = área da ponta da estaca.

B2 = coeficiente de correlação, que depende do tipo de solo sob a ponta da estaca (Tabela 4.9). Np = média aritmética dos valores de NSPT na ponta da estaca, e imediatamente acima e abaixo.

Tabela 4.9: Coeficientes de Correlação.

TIPO DE SOLO

B1 (kPa)

B2 (MPa)


Areia 4,0 a 5,0 0,20 a 0,25 Silte 2,5 a 3,5 0,10 a 0,20

Argila 2,0 a 3,5 0,10 a 0,15 Carga Admissível Nas estacas hélice contínua, a Norma NBR-6122/96 recomenda que pelo menos 80 % da carga de trabalho seja transferida ao terreno por atrito e/ou aderência lateral. Neste caso a carga admissível será o menor dos seguintes valores:

elemPLrup

adm VFS

RRFSV

V ≤+

== (4.38)

elemLadm VRV ≤⋅= 25,1 (4.39) Onde: FS = fator de segurança global, que deve ser igual ou maior que 2. Velem = carga admissível de compressão do elemento estrutural. 4.4.7 – Método de Alonso (1996) Este método foi originalmente desenvolvido para estacas hélice contínua, a partir de correlações com o ensaio SPTT (SPT com medição de torque). No caso de não serem disponíveis resultados de SPTT, o autor apresenta correlações entre os valores do torque e da resistência a penetração (NSPT). Resistência por Atrito Lateral


kPamkgfTkParL 200).(52,3)( max ≤⋅= (4.41) Onde: Tmax = média aritmética do torque máximo medido no ensaio SPTT

(penetração de 45 cm) ao longo da estaca, tomando-se os valores acima de 56 kgf.m como iguais a 56 kgf.m.


No caso de não ser disponível o torque, pode-se considerar:

kPaNkParL 20022,4)( ≤⋅= (4.42) Onde: N = média aritmética do NSPT ao longo da estaca, tomando-se os

valores acima de 47 como iguais a 47. Resistência por Ponta

ppp rAR ⋅= (4.43)

( )2

)2(min

)1(min TTrp

+⋅= β (4.44)

Onde: Tmin

(1) = média aritmética do torque mínimo no trecho 8D (oito vezes o diâmetro) acima da ponta da estaca; quando o comprimento da estaca for inferior a 8D, devem ser considerados nulos os valores de Tmin acima do nível do terreno. Tmin

(2) = média aritmética do torque mínimo no trecho 3D (três vezes o diâmetro) abaixo da ponta da estaca. β = fator de correlação, que depende do tipo de solo sob a ponta da estaca (Tabela 4.10).

Obs.: Os valores de Tmin(1) e Tmin

(2) superiores a 40 kgf.m devem ser adotados iguais a 40 kgf.m. Tabela 4.10: Coeficientes de Correlação.

TIPO DE SOLO

β (kPa / kgf.m)

Areia 200 Silte 150

Argila 100 No caso de não ser disponível o torque, pode-se considerar:

mkgfNmkgfT SPT .40).(min ≤= (4.45)


Neste caso:

( )2

)2()1( NNrp

+⋅= β (4.46)

Onde: N(1) = média aritmética do NSPT no trecho 8D (oito vezes o

diâmetro) acima da ponta da estaca, limitando-se os valores máximos a 40; quando o comprimento da estaca for inferior a 8D, devem ser considerados nulos os valores de NSPT acima do nível do terreno. N(2) = média aritmética do NSPT no trecho 3D (três vezes o diâmetro) abaixo da ponta da estaca, limitando-se os valores máximos a 40.

Carga Admissível

elemPLrup

adm VFS

RRFSV

V ≤+

== (4.47)

elemLadm VRV ≤⋅= 25,1 (4.48) Onde: FS = fator de segurança global, que deve ser igual ou maior que 2. Velem = carga admissível de compressão do elemento estrutural. 4.4.8 – Método de Marques (1997) Trata-se de um método desenvolvido para estacas escavadas e injetadas, com base em um banco de dados de provas de carga em Aracaju, Recife e Maceió. O método é semelhante ao proposto por Décourt-Quaresma (1978), mudando-se apenas o coeficiente de correlação para a resistência de ponta. A autora sugere, ainda, que o diâmetro de cálculo seja 30% maior que o diâmetro nominal da estaca. Resistência por Atrito Lateral



( )kPaNrL 1033,3 +⋅= (4.50) Onde: AL = área lateral da estaca.

N = média aritmética do NSPT ao longo do comprimento da estaca, tomando-se o valor de 3 para NSPT menor que 3, e de 50 para NSPT maior que 50.


ppp rAR ⋅= (4.51)

ppp NKr ⋅= (4.52) Onde: Ap = área da ponta da estaca.

Kp = coeficiente de correlação, que depende do tipo de solo sob a ponta da estaca (Tabelas 4.11, 4.12 e 4.13). Np = média aritmética dos valores de NSPT na ponta da estaca, e imediatamente acima e abaixo.

Tabela 4.11: Coeficientes de Correlação – Solos do Período Quaternário de Recife e Maceió.

TIPO DE SOLO

Kp (kPa)

Areia Fina ou Siltosa Cálcica 300 Areia Siltosa 180

Argila Areno-Siltosa 160 Silte Arenoso 140

Silte 120 Areia Silto-Argilosa 120

Silte Argiloso 120 Argila 100

Tabela 4.12: Coeficientes de Correlação – Solos do Período Quaternário de Aracaju.


TIPO DE SOLO

Kp (kPa)

Areia 200 Areia Siltosa ou Silte Arenoso 140

Areia Argilosa 120 Areia Silto-Argilosa 120

Argila Siltosa ou Arenosa 120 Argila ou Silte 90

Tabela 4.13: Coeficientes de Correlação – Solos do Período Terciário de Recife, Maceió e Aracaju.

TIPO DE SOLO

Kp (kPa)

Areia Argilo-Siltosa 180 Argila Areno- Siltosa 180 Silte Argilo-Arenoso 180

Silte Argiloso 160 Argila Siltosa 160

Carga Admissível Como se trata de uma estaca escavada, a Norma NBR-6122/96 recomenda que pelo menos 80 % da carga de trabalho seja transferida ao terreno por atrito e/ou aderência lateral. Neste caso a carga admissível será o menor dos seguintes valores:

elemPLrup

adm VFS

RRFSV

V ≤+

== (4.53)

elemLadm VRV ≤⋅= 25,1 (4.54) Onde: FS = fator de segurança global, que deve ser igual ou maior que 2. Velem = carga admissível de compressão do elemento estrutural. 4.5 – Resistência a Tração


Há vários tipos de obras de engenharia em o carregamento é governado por esforços de tração, tais como torres de linhas de transmissão e de telefonia celular, fundações de máquinas, carregamento de vento em edifícios, entre outras. Nestes casos, a exemplo do carregamento de compressão, o dimensionamento da estaca deve levar em consideração a ruptura do terreno e do elemento estrutural. A capacidade de carga a tração da estaca (Trup) pode ser expressa por (Fig. 4.9):

ptLrup WRT += , (4.55) Onde: Trup = capacidade de carga a tração da estaca. RL,t = resistência lateral a tração da estaca. Wp = peso da estaca. O atrito lateral unitário a tração é normalmente calculado como sendo uma fração do atrito a compressão (Equação 4.44). O valor de β normalmente varia de 0,50 a 1,00. Décourt (1996) sugere que se adote β = 0,70.

cLtL rr ,, ⋅= β (4.56) Onde: RL,c = resistência lateral a compressão da estaca.

Rl,t

Wp

Trup = Rl,t + Wp

Fig. 4.9: Resistência a Tração em uma Estaca Isolada. A tração admissível (Tadm) pode ser calculada como:


elemrup

adm TFST

T ≤= (4.57)

Onde: FS = fator de segurança global, que deve ser igual ou maior que 2. Telem = carga admissível a tração do elemento estrutural. 4.6 – Efeito de Grupo Denomina-se de efeito de grupo à diferença de comportamento do bloco de estacas em relação ao da estaca isolada. Normalmente este efeito se manifesta na capacidade de carga e no recalque do bloco (Fig. 4.10), e depende de vários fatores, tais como o tipo de estaca, parcelas de resistência e espaçamento entre estacas. A Tabela 4.14 apresenta um resumo do efeito de grupo em blocos de estacas. Os métodos usados no cálculo da capacidade de carga e recalque de grupos de estacas são normalmente baseados em resultados de ensaios de modelos reduzidos e em cálculos teóricos. Nos modelos reduzidos não é possível reproduzir as condições de execução das estacas, o que faz com que seus resultados devam ser intepretados com cautela. Na prática de projetos de estaqueamentos, geralmente o efeito de grupo só é considerado no cálculo dos recalques.

VVV

BULBORESULTANTE

Fig. 4.10: Recalque de Grupo de Estacas. Tabela 4.14: Efeito de Grupo em Blocos de Estacas.


TIPO DE SOLO TIPO DE ESTACA AREIA ARGILA

Flutuante

-A capacidade de carga do grupo é maior que a soma da capacidade de carga das estacas isoladas. -O recalque do grupo é maior que o da estaca isolada.

-A capacidade de carga do grupo é menor que a soma da capacidade de carga das estacas isoladas para espaçamentos de até 2,5 vezes o diâmetro da estaca; para maiores espaçamentos, o efeito é desprezível. -O recalque do grupo é maior que o da estaca isolada.

Ponta

-A capacidade de carga do grupo é da ordem de grandeza da soma da capacidade de carga das estacas isoladas. -O recalque do grupo é maior que o da estaca isolada.

-A capacidade de carga do grupo é da ordem de grandeza da soma da capacidade de carga das estacas isoladas. -O recalque do grupo é maior que o da estaca isolada.

4.7 – Atrito Negativo A mobilização da resistência por atrito lateral depende do movimento relativo entre o fuste da estaca e o solo circundante. Quando uma estaca é carregada por compressão, há uma tendência do movimento do fuste ser maior que o do terreno, e o atrito é desenvolvido no sentido oposto ao do movimento relativo da estaca, ou seja, para cima (atrito positivo). Se, no entanto, o terreno apresentar um movimento maior que o do fuste da estaca, o movimento relativo solo-estaca é para cima, e o atrito é desenvolvido para baixo, ou seja, carregando a própria estaca. Este fenômeno é denominado de atrito negativo. O atrito negativo pode ocorrer em várias situações de engenharia, tais como aterros sobre solos moles (Fig. 4.11), depósitos de argilas parcialmente


adensadas, amolgamento e adensamento do solo na cravação das estacas, terrenos sujeitos a subsidências, entre outros. A estimativa do atrito negativo depende da identificação do ponto neutro, onde o movimento relativo solo-estaca é nulo (Fig. 4.12). Em estacas de ponta, o ponto neutro se situa um pouco acima do final da camada compressível, ou seja, praticamente não há atrito positivo. Já nas estacas flutuantes, apenas no trecho superior da camada compressível há atrito negativo. No estado limite de ruptura do solo, tem-se:

ppLnLrup RRRV +=+ ,, (4.58) Onde: Vrup = capacidade de carga da estaca.

RL,n , RL,p = atrito lateral negativo e positivo, respectivamente. RP = resistência por ponta da estaca.

Vrup

ARGILAMOLE

ATERRO

AREIA

ATR

ITO

NEG

ATIV

OAT

RIT

OPO

SITI

VO

RL,n

RL,p

RP

Fig. 4.11: Atrito Negativo devido a Aterro sobre Solo Mole.


ARGILAMOLE

SOLOADJACENTE

ESTACA

ATR

ITO

NEG

ATIV

OAT

RIT

OPO

SITI

VO

Vrup

RECALQUE

CAMADARESISTENTE

ATERRO

PONTONEUTRO

Fig. 4.12: Ponto Neutro do Atrito Negativo em Estacas de Ponta. Nestes casos, a Norma NBR-6122/96 recomenda que seja considerado um fator de segurança global igual a 2 para as cargas permanentes e de 1,5 para o atrito negativo. Logo, a carga admissível pode ser calculada por:

ppLnLadm RRRV +=⋅+⋅ ,,5,12 (4.59) ou:

elemnLppL

adm VRRR

V ≤⋅−

+= ,

, 75,02 (4.60)

Onde: Velem = carga admissível a compressão do elemento estrutural. O atrito negativo unitário pode ser estimado a partir de métodos semi-empíricos, tais como o Aoki-Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978), entre outros, segundo recomendações de Décourt (1996).


4.8 – Programa SACE No programa SACE, o cálculo da capacidade de carga das estacas pode ser feito através de qualquer um dos métodos apresentados neste capítulo, e para um número qualquer de furos de sondagens tipo SPT. O programa requer os dados da sondagem (referência, cota da boca, NSPT e tipo de solo a cada metro), como é mostrado na Fig. 4.13; e os dados da estaca (tipo, seção, lado ou diâmetro, cota de arrasamento, carga de trabalho), como é mostrado na Figura 4.14.

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Apostila - Capacidade de Carga Axial de Estacas