APOSTILA DE FUNDA��ES - VOLUME 2

CURSO DE FUNDAÇÕES - VOLUME 2

FUNDAÇÕES EM ESTACAS (1ª parte) Aspectos executivos – Dimensionamento geotécnico

CURSO DE FUNDAÇÕES VOLUME 2

FUNDAÇÕES EM ESTACAS (1ª parte)

Aspectos executivos

Dimensionamento geotécnico

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ÍNDICE

CAPÍTULO VI FUNDAÇÕES EM ESTACAS

Aspectos executivos (equipamentos, processo e controles)

Pg

1- INTRODUÇÂO

1.1- Estacas de deslocamento 5

1.2- Estacas de não deslocamento 5

2- PRINCIPAIS ESTACAS DE USO CORRENTE

2.1- Estacas a trado mecanizado 5

2.2- Estacas tipo Strauss 7

2.3- Estacas tipo Raiz 11

2.4- Estacas premoldadas (concreto e aço) 14

2.5- Estacas tipo Franki 23

2.6- Estacas tipo Hélice Contínua Monitoradas 31

2.7- Estacas Escavadas com lama bentonítiva (Estacões e Barretes) 37

CAPÍTULO VII FUNDAÇÕES EM ESTACAS

Dimensionamento geotécnico: capacidade de carga – carga admissível

Pg

1- INTRODUÇÃO 42

2- CAPACIDADE DE CARGA 42

3- CARGA ADMISSÍVEL 43

4- FÓRMULAS SEMI EMPÍRICAS 43

4.1- Fórmula de Pedro Paulo Velloso 43

4.2 – Fórmula de Aoki-Velloso 46

4.3 - Fórmula de Decourt-Quaresma 47

4.4 - Fórmula de Teixeira 48

4.5 – Fórmula de Alonso 49

4.6 - Fórmula dos Coeficientes Médios (Ernani) 52

4.7 - Observações importantes 53

4.8 - Cálculo informatizado 54

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CAPÍTULO VI

FUNDAÇÕES EM ESTACAS – CLASSIFICAÇÃO – ASPECTOS

EXECUTIVOS (EQUIPAMENTOS E PROCESSOS)

1 – INTRODUÇÃO

Estacas são fundações profundas, executadas por meio de equipamentos e processos apropriados,

específico, cada um deles, do tipo da estaca.

Dependendo do processo executivo as estacas podem ser classificadas em:

1.1 – Estacas de deslocamento

São aquelas cuja execução provoca deslocamento do solo adjacente e subjacente, ou seja, sua

compressão (estado passivo) com provável ganho de resistência, comparada à sua condição inicial

(estado de repouso). Compreendem basicamente as chamadas estacas cravadas, assim entendidas

aquelas resultantes da introdução de um elemento (a própria estaca ou um tubo) no terreno, por

cravação, sem escavação.

1.2 – Estacas de não deslocamento

São aquelas que, ao contrário, são executadas sem provocar deslocamento do solo adjacente e

subjacente , não o comprimindo (estado de repouso) ou, descomprimindo-o (estado ativo) e,

conseqüentemente não gerando aumento de sua resistência inicial ou, mesmo, diminuindo-a.

Compreendem basicamente as estacas ditas escavadas, assim entendidas aquelas cuja execução se

dá por escavação com retirada do terreno.

Naturalmente, as primeiras, em igualdade de condições (mesmo solo, mesmo comprimento e

mesmo diâmetro), apresentam melhor capacidade de carga.

São, entretanto, menos “ecológicas”, devido a ruídos e vibrações inerentes a seu processo

executivo (cravação) e tem, por isto, sido cada vez menos aceitas, principalmente em áreas urbanas

As estacas de deslocamento mais correntemente empregadas são as premoldadas e as tipo Franki

e as de não deslocamento, as a Trado, Tipo Strauss, Tipo Raiz, Micro Estacas, Hélice

Contínua e Escavadas com auxílio de lama bentonítica (Estacões).

2 – PRINCIPAIS ESTACAS DE USO CORRENTE

A seguir são descritas as principais estacas correntemente executadas no Brasil, sendo descritos e

indicados:

-Equipamento utilizado

-Processo executivo

-Diâmetros e cargas nominais mais comuns

-Aplicação e vantagens

-Contra-indicações e desvantagens

-Controle da execução

- Dimensionamento

2.1 – ESTACAS A TRADO MECANIZADO

São fundações constituídas por fustes escavados, sem alargamento de base.

A escavação é processada mecanicamente pelos mesmos equipamentos utilizados para perfuração

dos fustes dos tubulões e, mostrados na figura 1.

Tendo em vista a não existência de bases alargadas manualmente não existe restrição no diâmetro

mínimo do fuste, sendo usuais diâmetros variáveis entre 20 e 80 cm e profundidades de até cerca de

20 m, dependente do porte do equipamento disponível.

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FIGURA 1 – Perfuratrizes mecanizadas a trado

2.1.1 - Processo executivo

O processo executivo é o mesmo dos tubulões, não existindo o alargamento da base e a

concretagem é executada com concreto auto adensável, utilizando funil e tromba (comprimento

5*diâm.interno) para o lançamento, objetivando evitar a segregação e a contaminação do concreto.

O concreto utilizado possui fck de até 15MPa e as estacas com seção de concreto trabalhando a

mais de 50kg/cm2 são usualmente armadas. Em caso contrário, somente armadura de espera é

utilizada.

2.1.2 – Aplicação e vantagens

A solução é aplicável em solos que permitem a escavação sem necessidade de revestimento (solos

apresentando alguma coesão) e, situados acima do lençol freático (NA subterrâneo).

As principais vantagens residem na elevada produtividade e baixo custo.

2.1.3 – Contra indicações e desvantagens

A solução não é indicada em terrenos contendo pedras e/ou matacões, constituídos por areia, ou,

abaixo do NA, onde a perfuração a trado não se revela possível.

Quando a solução é viável, mas o terreno apresenta topografia irregular, impedindo o acesso e

instalação da perfuratriz ou, ainda, em situações onde o alargamento de base conduza a

profundidades de apoio muito inferiores e, em conseqüência, o consumo de concreto seja também

muito menor, a perfuração manual de tubulões será mais vantajosa.

2.1.4 – Controle da execução

O controle da execução compreende a inspeção do material escavado que deve estar de acordo com

o mostrado pelas sondagens, a conferencia da cota de assentamento obtida, que deverá ser

compatível com a prevista, a conferencia da locação e desaprumo e, da concretagem, incluindo as

características do concreto (fck e abatimento) e do lançamento.

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2.1.5 - Dimensionamento

A carga admissível corresponderá à menor carga resultante da aplicação dos critérios geotécnico e

estrutural, conforme a seguir indicados:

Critério geotécnico: consiste em verificar a carga admissível sob o ponto de vista geotécnico, isto

é, a carga que será suportada pelo solo. Este cálculo é realizado, através de uma das fórmulas semi-

empíricas apresentadas no capítulo seguinte.

Critério estrutural: consiste em verificar a carga admissível sob o ponto de vista estrutural, (carga

nominal) isto é, como pilar sem flambagem.

Q = (Sc * fc) + [Sf f'yk/(1.15*1.4)]

Onde Q = carga nominal

Sc = seção transversal da estaca

fc = tensão admissível no concreto = 0.85*fck/(1.4*1,8)

fck 15MPa

Sf = seção de aço utilizada

f'yk = tensão de escoamento do aço à compressão

Exemplo de aplicação

Calcular a carga nominal de uma estaca a trado 50cm armada com 6 10mm (Sf =4,71cm2)

CA50 e executada com concreto fck 13 Mpa. Calcular a redução nesta carga se a estaca não for

armada.

Sc = /4*(0.5)2 = 0.1963 m2 = 1963 cm2

fc = 0.85*130/(1.4*1.6) = 49 kg/cm2

Sf = 4,71 cm2

f'yk = 4200 kg/cm2

Qnom =1963*49 + 4,71*4200/1,15 = 108474 kg 109 t (estaca armada)

Sf = 0

Qnom =1963*49 = 96187 kg t

A redução será pois:

Q = 109 – 96 = 13 t

2.2 – ESTACA TIPO STRAUSS

São estacas escavadas mecânicamente através de ferramenta especial denominanda sonda ou piteira.

A perfuração é revestida por tubos de aço, emendaveis entre si por roscas macho e fêmea e todo o

conjunto é manobrado por meio de equipamento denominado bate-estacas tipo Strauss.

A figura 2 mostra foto de um equipamento deste tipo e, apresenta também fotos da piteira e dos

tubos de revestimento

2.2.1 – Processo executivo

Utilizando a piteira (fig. 3) inicia-se a perfuração da estaca e coloca-se o 1º tubo de revestimento,

denominado “coroa”, possuindo 4,0m de comprimento e extremidade inferior dispondo de reforço

cortante para facilitar a penetração (corte) do solo.

À medida que a perfuração vai avançando, o revestimento vai sendo cravado com o auxílio da

piteira (vide foto da figura 4) e novos tubos (2,5m de comprimento) vão sendo rosqueados.

A piteira é esvaziada conforme também mostrado na figura 4, virando-a de cabeça para baixo para

que o solo saia pelas janelas laterais. Eventualmente será necessária a complementação da limpeza

manualmente, com auxílio de uma alavanca.

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FIGURA 2 – Bate estacas tipo Strauss – sonda ou piteira – tubos de revestimento

FIGURA 3 – Processo executivo das estacas tipo Strauss

SONDA OU PITEIRA

TUBO

S

Concreto

Autoadensavel

fck MPa Funil Revestiment

o

Piteira

Remoção

revestimento

Pilão funcionando

como embolo

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FIGURA 4 – Cravação do revestimento e limpeza da piteira

A perfuração prossegue até a profundidade final prevista para a estaca, sendo o revestimento

cravado até onde necessário para impedir o desmoronamento das paredes laterais, bem como,

prover a guia da ferramenta de escavação (piteira).

A concretagem é então iniciada, logo após o término da escavação e após a limpeza do fundo de

maneira a remover toda água ou lama eventualmente presente.

Utiliza-se concreto fck 15Mpa, com consumo de cimento de não menos que 300kg/m3 e

consistência plástica (abatimento 12cm).

No caso de, ao final da perfuração, existir água no fundo do furo, não sendo possível sua remoção

através da piteira, utiliza-se inicialmente um concreto mais seco e, despreza-se a contribuição da

resistência de ponta, quando computando a capacidade de carga da estaca no seu dimensionamento

geotécnico.

A concretagem da estaca compreende o preenchimento da tubulação com concreto plástico e a

remoção dos tubos, cuidando-se para que após retirada de cada segmento do revestimento seja

processada a complementação do concreto dentro da tubulação.

Durante a puchada da tubulação, o operador acompanha com a mão no cabo que sustenta o pilão,

deixado sobre o topo da coluna de concreto, a tendencia de eventual subida do concreto junto com o

tubo (o pilão funciona neste momento como embolo). Caso alguma tendencia de subida do concreto

seja percebida pelo afrouxamento do cabo, a operação é imediatamente paralizada, e o concreto é

adensado por pancadas do pilão em seu topo, antes de se voltar a puchar a tubulação.

As estacas podem ser armadas quando necessário e a armadura, prevista com recobrimento mínimo

de 3 cm, deve permitir a livre passagem em seu interior do soquete ou pilão.

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2.2.2 – Diâmetros, comprimentos e cargas nominais mais comuns

A tabela a seguir apresenta os diâmetros e cargas nominais mais encontrados no mercado.

Diâmetro (mm) Carga nominal (t)

320 35

420 55

520 85

O máximo comprimento da estaca dependerá muito do terreno e do equipamento utilizado,

principalmente capacidade do guincho e potência do motor, sendo usuais comprimentos de até 20m.

2.2.3 – Aplicações e vantagens

O processo se aplica em solos secos ou, submersos, de média a baixa permeabilidade e que

apresentam alguma coesão, necessitando, entretanto, de revestimento para impedir o

desmoronamento das paredes sob a ação do fluxo de água. A concretagem, neste caso, deverá ser

processada imediatamente após o término da perfuração, ocasião em que a entrada de água, pela

ponta aberta do revestimento, ainda é desprezível face à permeabilidade do solo.

A principal vantagem reside na simplicidade e baixo custo do equipamento, além de tamanho

reduzido e capacidade de operar em terrenos não perfeitamente nivelados, haja visto a não

existência de torre.

A solução é sempre muito econômica em obras de porte pequeno a médio, onde a solução de estaca

a trado não se aplique.

2.2.4 – Contra-indicações e desvantagens

O processo é contraindicado em argilas muito moles, face a possibilidades de seccionamento da

estaca durante a concretagem e em areias submersas onde a escavação abaixo do nível d’água não é

possível devido à ruptura hidráulica do material que, com o fluxo d’água, reflui para dentro do tubo,

chegando mesmo a provocar abatimentos na superfície do terreno adjacente no caso da insistencia

na perfuração.

A principal desvantagem reside na relativamente baixa carga nominal da estaca o que usualmente a

inviabiliza no caso de obras de cargas mais elevadas, principalmente pelos elevados volumes de

concreto armado dos blocos de capeamento dos pilares suportados por muitas estacas.


O controle da execução, como em geral em todas as estacas escavadas, compreende a inspeção do

material escavado que deve estar de acordo com o mostrado pelas sondagens, a conferencia da cota

de assentamento obtida, que deverá ser compatível com a prevista, a conferencia da locação e

desaprumo e, da concretagem, incluindo as características do concreto (fck e abatimento) e do

lançamento.

A caracterização, muito subjetiva, da resistência do terreno, pode ser aferida pela maior o menor

dificuldade de perfuração.

2.2.6 – Dimensionamento

O dimensionamento geotécnico será efetuado por uma das fórmulas semi-empíricas apresentadas no

capítulo seguinte.

O dimensionamento estrutural é análogo ao mostrado para as estacas a trado, adotando um

coeficiente de minoração da resistência do concreto (c) de 1,8 e fck máximo de 15Mpa, sendo na

prática, adotadas as cargas nominais anteriormente referidas

Assim, a carga admissível será a menor entre a nominal e a obtida pelo critério geotécnico adotado.

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2.3 – ESTACAS TIPO RAIZ E MICRO ESTACAS

São estacas executadas por perfuratrizes, utilizando tubos de aço, dispondo de coroa de widia na

ponta, introduzidos por rotação e injeção d’água. A figura 5 a seguir mostra o equipamento usado.

FIGURA 5 – Perfuratriz para estaca tipo raiz


O processo executivo das estacas tipo raiz é ilustrado na figura 6, compreendendo a perfuração do

terreno por meio de tubo de aço possuindo coroa de widia em sua extremidade inferior, ao qual se

aplica rotação e “pulldown” (força axial para baixo), à medida que água vai sendo injetada em seu

interior através de bomba capaz de elevadas vazões e pressões (até cerca de 40m3 por hora a 30

kg/cm2).

A água injetada, ao retornar externamente ao tubo, remove o material desagregado pela coroa, no

mesmo tempo que forma espaço anelar entre o tubo e o solo, o que permite que o mesmo gire livre.

A perfuração é levada à cota de paralização prevista para a estaca e, ao se concluir a introduçao do

tubo mantem-se o fluxo d’água até que todo o material desagregado saia, o que pode ser constatado

pelo retorno de água limpa.

Coloca-se então a armadura da estaca e inicia-se a concretagem que consiste em verter através de

tubo tremonha (diâmetro 3 a 4”) argamassa de cimento e areia com consumo mínimo de 600kg de

cimento por metro cúbico de argamassa. O traço usualmente utilizado é de 1 saco de cimento, 70

litros de areia seca peneirada e 25 litros de água.

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A concretagem é mantida até enchimento do tubo de perfuração e retorno de argamassa sã (sem

excesso d’água).

Inicia-se então a remoção do tubo de perfuração e, a cada tubo removido aplica-se pressão por meio

de ar comprimido (pressão limitada a cerca de 3 Kg/cm2), até que se constate vazamento da

argamassa por fora do tubo de perfuração.

Durante a remoção, após a aplicação da pressão, promove-se a complementação do nível da

argamassa dentro do tubo.

A figura 7 mostra perfuratriz executando estaca tipo raiz.

FIGURA 6 –Processo executivo das estacas tipo raiz

Nas micro estacas, usualmente executadas com diâmetro máximo de cerca de 15cm, a concretagem

é feita com calda de cimento (fator água / cimento aproximadamente 0,5 l / kg), utilizando tubo de

injeção dispondo de válvulas (manchetes). Após a injeção denominada primária ou de bainha, que

consiste no preenchimento do tubo de perfuração por calda, logo após a “pega” da calda (cerca de 8

a 12h), procede-se a injeção secundária através do tubo de injeção, em cada manchete, utilizando

obturador duplo (vedação abaixo e acima da manchete). Desta forma garante-se que a pressão da

injeção secundária seja mantida. Esta injeção é realizada com bomba capaz de elevadas pressões,

normalmente acima de 30 kg / cm2, necessárias para romper a bainha formada pela injeção

primária.. Esta característica, pressão mantida, e a utilização de calda, é o que distingue as micro

estacas das estacas raiz, onde a pressão apicada pelo ar comprimido não é mantida e a concretagem

é executada com argamassa.

Especial cuidado deve ser tomado, quando empregando micro estacas, atravessando solos de baixa

resistência, no que se refere à possibilidade de flambagem, face à esbeltez do fuste.

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FIGURA 7 – Perfuratriz executando estaca tipo raiz

2.3.2 – Diâmetros usuais

A tabela a seguir resume os diâmetros mais usuais, bem como, o diâmetro de martelo de fundo ou

tricone a utilizar no caso de perfuração em material impenetrável.

Diâmetro final da estaca (mm) 100 120 150 160 200 250 310 410

Diâmetro externo do tubo (“) 3 3,5 4,5 5 6 8 10 14

(mm) 89 102 127 141 168 220 273 356

Espessura da parede (mm) 8 8 9 9,5 11 13 13 13

Peso porr metro linear (kg/m) 15 19 28 31 43 65 81 107

Diâm. do martelo de fundo ou tricone (“) - - 3,5 3,5 5,125 5,625 9,125 9,125

2.3.3 – Aplicações e vantagens

O processo se aplica e apresenta vantagens:

Em obras onde não é possível a entrada de equipamentos de maior porte.

No caso de estacas muito profundas.

Quando a perfuração de materiais impenetráveis é requerida.

Quando não se admitem vibrações e/ou ruidos elevados na execução.

Quando se deseja elevada capacidade de tração.

Possibilidade de execução de estacas com elevadas inclinações

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Quando da ocorrência de camadas muito espessas de material de baixa resisência onde

exista possibilidade de flambagem.

Custo relativamente elevado quando comparado a soluções convencionais.

Elevado consumo de água e energia elétrica.

Necessidade do adequado tratamento (sedimentação) do grande volume da água de retorno

da perfuração, com elevado teor de solo em suspensão, antes de sua condução à rede de

escoamento, para evitar entupimentos na mesma.


O controle da execução compreende a observação da natureza e resistência do material perfurado,

da adequada limpeza do fundo da estaca, da cetralização da armadura, das características da

argamassa injetada, da manutenção do tubo de injeção sempre imerso na argamassa injetada, do

controle das pressões de injeção quando da remoção do revestimento e do consumo de traços de

argamassa injetados.



capítulo seguinte.

O dimensionamento estrutural para estacas utilizando aço com com resistência característica até 500

MPa e percentagem de aço em relação à seção da estaca de até 6% pode ser feito através da fórmula

a seguir proposta por Alonso (1993):

As = (2*N - 0,6*D2*fck) / (0,9*fyk – 0,765*fck) onde

As = seção transversal da armadura (inferior a 6% da seção da estaca).

D = diâmetro final da estaca.

N = carga de compressão atuante na estaca.

fck = resistência característica da argamassa (20 MPa para a argamassa padrão).

fyk = resistência característica do aço (500MPa para o aço CA50A).

A tabela da figura 8 apresenta cargas máximas calculadas pela fórmula anteriormente proposta

2.4 – ESTACAS PREMOLDADAS São estacas constituidas por elementos premoldados que são cravados no terreno por meio de bate

estacas possuindo martelo de queda livre, deslocável em torre, capaz de cravar a estaca por meio de

golpes sobre capacete posicionado em seu tôpo.

As fotos da figura 9 mostram um destes bate estacas e detalhes do martelo e capacete.

Os elementos premoldados podem se de concreto, aço ou madeira, estes últimos utilizados em obras

provisórias, face à sua durabilidade.

As estacas de concreto são as mais usadas, podendo ser de concreto armado, protendido ou

centrifugado e, dispõem em suas extremidades de anéis metálicos para permitir a emenda de um

elemento com outro através de solda.

São disponíveis em diversos diâmetros e comprimentos, de acordo com catálogos fornecidos pelos

fabricantes, onde informações adicionais, como máxima carga estrutural admissível, armação, fck

do concreto, etc, são também fornecidas.

As estacas de aço são menos usadas devido a seu maior custo, podendo ser perfis, tubos ou trilhos.

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FIGURA 8 – Cargas estruturais admitidas em estacas raiz

FIGURA 9 – Bate estacas de queda livre e detalhe do martelo e capacete

Martelo

Capacete

Bate estacas de queda livre

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Consiste na cravação, no subsolo, dos elementos da estaca, por meio de sucessivos golpes do pilão

do bate estacas, sobre a cabeça da estaca, protegida por capacete especial, que alem da função de

amortecimento do golpe, serve de fixação e guia da estaca, durante a cravação, prendendo-a à torre

do equipamento. Quando necessário, são executadas as emendas, por solda, entre dois elementos

sucessivos.

2.4.2 – Diâmetros usuais

As estacas de concreto mais comumente utilizadas são as centrifugadas com seção circular e

fabricadas em diversos diâmetros variáveis entre 18cm e 60cm.

As cargas nominais variam de fabricante para fabricante em função do concreto e armadura

utilizados.

São disponíveis em diversos comprimentos, usualmente até 11m, possuindo nas extremidades aneis

de aço para permitir as emendas por solda.

As estacas de aço mais utilizadas são formadas por trilhos ou perfis, simples ou compostos (em

geral duplos ou triplos soldados longitudinalmente).


O processo revela-se especialmente indicado na execução de fundações que devam atravessar solos

muito moles ou, de elevadas permeabilidades e submersos.

As pricipais vantagens são:

Concreto de excelente qualidade.

Possibilidade de alcançar comprimentos elevados.

Custo competitivo (estacas de concreto)

Possibilidade de cravação através de lâmina d’água.

Boa cravabilidade em terrenos resistentes e/ou contendo pedregulhos (estacas de aço).


As estacas de concreto não são indicadas quando camadas espessas muito resistentes, ou com

pedregulhos e ou matacões devam ser atravessadas, devido à grande chance de se quebrarem

durante a cravação.

As de aço devem ser evitadas em condições agressivas que possam danifica-las por corrosão.

As estacas de madeira somente são utilizadas em obras provisórias e de baixas cargas.

As principais desvantagens são:

Necessidade de transporte e estocagem.

Elevadas perdas de material decorrentes de sobras causadas por comprimentos prefixados

dos elementos adquiridos.

Perdas de material (estacas de concreto) por quebra no manuseio e cravação

Custo relativamente elevado (estacas de aço).


Alem dos naturais controles de locação e prumo, durante a cravação, costuma-se medir o chamado

diagrama de cravação, de estacas selecionadas, consistindo em contar o número de golpes, de uma

dada altura de queda, necessário à cravação de cada 50cm da estaca.Alem disto, em todas as estacas

registra-se a nega e repique finais de cravação.

Nega – Denomina-se nega a penetração permanente de uma estaca para 1 golpe do martelo

de cravação.

Através das denominadas fórmulas dinâmicas pode-se estimar a nega que corresponderia a

uma dada capacidade de carga da estaca. A fórmula mais utilizada é a devida a Hiley,

apresentada a seguir:

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Qd = (ef * W * h) / ( s + c ) * (W + e2 P) / (W + P) onde

Qd = capacidade de carga dinâmica da estaca

W = peso do martelo

h = atura de queda

s = nega de cravação

ef = eficiência do sistema de cravação = 0,75 para bate estacas de queda livre.

e = coeficiente de restituição definido na teoria de choque entre corpos sólidos.

P = peso da estaca

c = 1/2 (c1 + c2 + c3) representa as perdas por compressão elástica, ocorrentes no capacete (c1),

na estaca (c2) e no solo (c3).

O valor do coeficiente de restituição pode ser adotado como a seguir:

Tipo da estaca Capacete sem coxim de madeira Capacete com coxim de madeira

Aço 0,55 0,32

Concreto 0,40 0,25

A avaliação preliminar de c1, c2, c3 pode ser feita por:

c1 = a*Qd / Sc sendo

Sc = área da seção transversal do capacete (cm2)

Qd = capacidade dinâmica da estaca ( t )

a = parâmetro obtido da tabela a seguir

c1 = perda elástica no capacete (mm)

Tipo da Estaca Valor de a (mm*cm2 / t )

Aço 28,9

Concreto 18,1

c2 =(Qd*l) / (Se*E) sendo

Se = área da seção transversal da estaca

Qd = capacidade de carga dinâmica da estaca

E = módulo de elasticidade do material da estaca

l = comprimento elástico da estaca

l = 0,5 *L para estacas trabalhando essencialmente por atrito lateral

l = 1,00 * L para estacas trabalhando essencialmente de ponta

l = 0,75 * L para estacas trabalhando por ponta e atrito

L = comprimento da estaca ( m )

c2 = perda elástica na estaca (mm)

c3 = 2,5 mm = perda elástica no solo

Qd = 2,5*Qadm sendo

Qadm = carga estática admissível na estaca

Cumpre registrar que a validade desta relação somente tem sentido como valor médio, pois a carga

estática admissível em função da carga dinâmica apresenta variação bastante extensa, o que torna o

valor médio pouco confiável. Assim uma estaca que apresente nega muito baixa, implica em Qd

muito elevado o que poderá, entretanto, não corresponder a um valor de Qadm também elevado,

como por exemplo quando a nega foi medida com a estaca apoiada em matacão, sob o qual ocorra

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solo compressível. Neste caso a carga estática Qadm poderá ser muito baixa devido ao recalque

esperado.


Calcular a nega de cravação de uma estaca premoldada de concreto centrifugado Ø ext = 30cm,

Øint = 18cm, prevista com 12m, para carga de 40t, bate estacas de queda livre com martelo de

3500kg, altura de queda de 50cm, utilizando capacete Ø = 34cm, com coxim de madeira. Admitir

que a estaca irá trabalhar por atrito lateral e ponta.

Dados

Q = 40t

L = 12m

Ø ext = 30cm

Ø int = 18cm

W = 3,5 t

h = 0,5 m

Teremos

ef = 0,75

Qd = 2,5 * 40 = 100 t

e = 0,25

Se = / 4 * ( 302 - 182 ) = 576 cm2

a = 18,1 mm*cm2 / t

Portanto

c1 = 18,1 * 100 / (/4 * 342) = 2,0mm

c2 = 100000*0.75*1200/(576*250000) =0,625cm= 6,25mm

c3 = 2,5mm

c = 0,5 * (2,0+6,25+2,5) = 5,4mm

P = 12 * 0,0576 * 2,5 = 1,73t

s = [(0,75*3,5*0,5) / 100 * (3,5 + 0,252 *1,73) / (3,5+1,73)] - 0,0054 = 0,0091 - 0,0054 = 0,0037m

s = 3,7 mm por golpe ou 3,7cm para 10 golpes

Observação importante : caso a nega calculada seja negativa, significa que a energia disponível

(W*h) não é suficiente para a cravação da estaca.

Reavaliação na nega estimada

Quando do início da cravação algumas medições simples permitem reavaliar o cálculo da nega.Tais

medições são a seguir indicadas:

Medição das perdas elásticas da estaca e do solo ( c2 + c3 )

Com base nas indicações da figura 10 pode-se traçar o gráfico que permite medir (c2+ c3).

Medição de c = 1/2 * ( c1 + c2 + c3 )

Procede-se a medição das negas correspondentes a 3 alturas de queda diferentes e traça-se o gráfico

da figura 11, obtendo-se o valor de c.

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FIGURA 10 – Medição das perdas elásticas na estaca e solo (c2 + c3)

A estaca somente será cravada com energias superiores a W h 0

FIGURA 11 – Medição da perda elástica total

Superfície do terreno

cravação

folha de papel pregada na

estaca

estaca

cavalete

lapis

direção do

movimento

do lapis

VISTA FRONTAL VISTA LATERAL

Penetração

total para um

golpe penetração

permanente para

um golpe (nega)

(c2 + c3)

GRÁFICO GERADO

Energia

Nega

W h 1

W h 2

W h 3

W h0

S3 S2 S1

Valor de c

0

19

A validade da estimativa da carga admissível de uma estaca com base na nega e, vice versa, da nega

requerida para uma dada carga admissível mostra-se bastante questionavel devido aos fatores a

seguir indicados:

- A perda de energia para vencer os atritos internos do bate estacas é empiricamente fixada em

25% (ef = 0,75). Medições reais disponíveis em ensaios denominados provas de carga

dinâmicas (PDA) mostram que a perda real é muito variável e depende fundamentalmente de

cada equipamento.

- A relação entre a carga dinâmica estimada e a correspondente carga estática admissível é

extremamente variável, conforme já mencionado, sendo o valor de 2,5 indicado por Hiley,

meramente indicativo do valor médio real, dentro de um intervalo de variação muito amplo.

- Finalmente a nega de interesse, correspondendo, quase sempre, a uma elevada carga dinâmica

será de valor muito baixo o que impossibilita uma medida de precisão e, como seu valor

mostra-se, em cada situação específica, proporcional ao da carga dinâmica, esta também será

imprecisamente avaliada.

Assim, a estimativa da carga admissível das estacas, com base em suas negas de cravação, tem sido

utilizada muito mais como elemento de controle da cravação e não como um valor

determinístico.

Estacas cravadas com negas homogeneas revelam capacidades de carga também homogeneas o

que é desejável.

Na prática corrente de fundações se a nega prevista ocorre na profundidade estimada para a estaca,

por um dos processos estáticos, com base no SPT, revela-se mais um elemento de confirmação de

que a estaca possui capacidade de carga adequada. Em caso contrário serve como alerta de que

algum problema não previsto está interferindo e, em consequência deverá ser pesquisado e

analisado. Tal problema, em geral, refere-se a mudanças no solo não mostradas pelas sondagens

utilizadas, presença de obstáculos tais como pedras, etc. ou, mesmo quebra da estaca na cravação.

Repique elástico

Nelson Aoki, introduziu o conceito de repique elástico, que modernamente tem complementado o

controle dinâmico da cravação de estacas e, que não apresenta muitos dos incovenientes já

mencionados para as negas.

O repique elástico K é definido como

K = c2 + c3

É obtido na medição já mostrada anteriormente (medição de c2 + c3). O valor de c2 poderá ser

então estimado desde que seja fixado o valor de c3.

Como o valor de c3 é, em geral pouco variável (entre cerca de 1 a 4mm), costuma-se adotar

c3 = 2,5mm,

podendo-se calcular c2 por

c2 = K - c3

Sendo c2 a deformação elástica da estaca devida ao esforço Qd, pode-se escrever conforme lei de

Hook

c2 = (Qd * l) / ( Se * E) onde

20

Qd = carga dinâmica atuante na estaca

l = comprimento elástico da estaca

Se= área da seção transversal da estaca

E = módulo de elasticidade do material da estaca.

O valor do comprimento elástico poderá ser determinado pela relação

l = área do diagrama de esforço normal atuante na estaca / capacidade de carga da estaca

A figura 12 ilustra o processo, onde os valores de atrito lateral, necessários ao cálculo do diagrama

de esforço normal podem ser obtidos pelo processos para determinação da capacidade de carga das

estacas com base no SPT.

FIGURA 12 – Diagrama de esforço normal em uma estaca

A equação apresentada permite calcular c2, conhecidos Qd, l, Sc e E.

Inversamente permite também calcular Qd correspondente a um dado c2.

Conforme se pode observar a estimativa da carga dinâmica independe da energia e, portanto,

também das perdas de energia. Alem do mais os valores de repiques correspondentes a cargas

elevadas, que são os de interesse, são grandes, permitindo medições mais precisas. Desta forma, o

controle da cravação por meio dos repiques elásticos é muito mais preciso que o através das

negas e, tem sido efetuado cada vez com mais frequencia , revelando valores bastante

compatíveis com os obtidos através de provas de carga.

Exemplo de aplicação 1 Para a mesma estaca do exemplo de aplicação anterior, (cálculo da nega) estimar qual deverá ser o

repique elástico.

L

estaca Qu

Qpu Qlu

Diagrama de

esforço normal

na estaca Diagrama de

atrito lateral na

estaca

21

Solução

Dados

Q = 40t

L = 12m

Ø ext = 30cm

Ø int = 18cm

Portanto

Se = / 4 * ( 302 - 182 ) = 576 cm2 = 0,0576 m2

Qd = 2,5 * 40 = 100 t

Admitindo

c3 = 2,5mm

E = 250000 kg/cm2 = 2,5 * 106 t/m2

Adotando l = 0,75 * 12 = 9,0m

c2 = (100 * 9,0) / (0,0576 * 2,5 * 106) = 0,00625 m 6,3 mm

K = 6,3 + 2,5 = 8,8mm 9mm

Exemplo de aplicação 2

Em uma estaca premoldada de concreto de seção 40 x 40 cm, mediu-se com 12m de comprimento

um repique de 9mm e uma nega de 1,0mm por golpe de martelo de 4,0 t, com. altura de queda de 75

cm. Admitindo-se que a estaca trabalhe essencialmente por ponta, que o módulo de elasticidade de

seu concreto seja 220000 kg/cm2 e que se esteja utilizando capacete de seção 43 x 43 cm, pede-se

estimar através da nega e do repique sua carga admissível.

Solução

Dados

Se = 40 * 40 = 1600 cm2

Sc = 43 * 43 = 1849 cm2

L = 12 m

l = 1 * 12 = 12 m

K = 9 mm

s = 1,0 mm

E = 220000 kg/cm2

W = 4,0 t

h = 0,75 m = 750 mm

P = 0,16 * 12 * 2,5 = 4,8 t

Teremos

c2 = 9 – 2,5 = 7 mm = 0,65 cm ( admitiu-se c3 = 2,5 mm )

Qd = (0,65 * 1600 * 220000) / 1200 = 190666 kg 191t

Q = 191 / 2,5 76 t ( Valor estimado pelo repique )

c1 = 18,1 * Qd / 1849 = 0,0098 Qd

c = 1/2 * ( 0,0098Qd + 7 + 2 ) = 0,0049Qd + 4,5 mm

Qd = (0,75 * 4 * 750) / (1,0 + 0,0049Qd +4,5) * (3 + 0,252 * 4,8) / (3 + 4,8)

Qd = 952 / (0,0049Qd + 5,5)

0,0049 Qd2 + 5,5 Qd - 952 = 0

22

Qd 152 t

Q = 152 / 2,5 61 t (Valor estimado pela nega)

Julga-se mais confiável o valor estimado pelo repique.



capítulo seguinte.

A carga nominal, no caso das estacas de concreto, é indicada pelo fabricante em seu catálogo,

função do concreto e armadura utilizados.

No caso de estacas de aço (perfis e trilhos) tem sido usual, na prática, adotar como carga nominal,

em toneladas, o mesmo valor que o peso do perfil ou trilho em kg/m. Esta consideração equivale a

adotar uma tensão admissível no aço de 800 kg/cm2, não se reduzindo a área da seção para levar em

conta a corrosão, conforme indicado na NBR6122.

2.5 – ESTACAS TIPO FRANKI

2.5.1 – Equipamento utilizado e processo executivo

São estacas moldadas no solo, executadas por bate estacas capazes de cravar no terreno tubo de aço

inteiriço, de parede grossa, com ponta fechada por bucha de brita e areia, através de golpes de um

pilão sobre esta bucha. As fotos da figura 13 mostram detalhes destes equipamentos

FIGURA 13 – Bate estacas tipo Franki

23


O processo executivo das estacas tipo Franki compreende a cravação de um tubo de aço inteiriço e

de parede grossa, possuindo a ponta fechada por “bucha seca” de brita e areia, através de golpes de

um pilão caindo sobre sobre esta bucha.

Atingida a profundidade prevista para a estaca o tubo é então preso ao sistema de tração do bate

estacas e a bucha é expulsa.

Em seguida, concreto muito seco, traço aproximadamente 1: 2: 4 em volume, com fator água /

cimento 0,2 l / kg é introduzido no tubo e uma base ou bulbo é alargada na ponta da estaca.

A armação é em seguida colocada e ancorada à base por meio de uma “contra base” e a

concretagem do fuste é iniciada com concreto de mesmo traço, um pouco mais úmido (fator água /

cimento 0,45 l / kg) que vai sendo apiloado, à medida em que o tubo vai sendo removido.

A figura 14 ilustra o processo exposto acima

FIGURA 14 – Processo executivo das estacas tipo Franki

24

As fotos das figuras 15 e 16 mostram detalhes do pilão, tubo e armação utilizada

FIGURA 15 – Detalhes do pilão e tubo Franki

FIGURA 16 – Detalhe da armadura tipo Franki

Pilão

Tubo

25

A figura 17 apresenta características da armadura padrão usualmente empregada.

FIGURA 17 – Características da armadura Franki padrão

26


O processo não é indicado somente para atravessar espessas camadas de solo mole saturado, onde o

controle da continuidade da concretagem do fuste da estaca pode não ser possível. Neste caso, uma

variante é, às vezes, empregada (estaca com fuste vibrado, também entre nós denominada mista).

Consiste em cravar o tubo e executar a base, como no processo padrão, fazendo o enchimento do

fuste com concreto plástico e empregando vibrador de parede acoplado ao tubo durante sua retirada

ou, mesmo, utilizando concreto auto-adensável , neste caso sem vibrador.

A principal vantagem do processo reside em executar uma estaca de deslocamento, com

conseqüente melhor capacidade de carga, sem os inconvenientes das premoldadas, referentes a

comprimentos prefixados, transporte até a obra, estocagem, quebras durante o manuseio e cravação

e perdas por sobra de pedaços não cravados ao final dos trabalhos.

2.5.3 – Contra-indicações e desvantagens O processo não deve ser empregado em locais onde vibrações e ruídos excessivos devam ser

evitados.

Conforme já citado a estaca padrão também não se aplica onde espessas camadas de solo mole

devam ser atravessadas.

A principal desvantagem é de natureza ecológica, face ao elevado nível de ruido e vibração inerente

ao processo. Também a limitação do comprimento ditada pela altura da torre do bate estacas e,

conseqüentemente do tubo, às vezes constitui limitação ao emprego deste tipo de estaca

2.5.4– Diâmetros usuais, cargas nominais e características dos pilões

Os seguintes diâmetros e cargas nominais são normalmente empregados:

350mm – 60t

400mm – 75t

450mm – 95t

520mm – 130t

600mm – 170t

Os pilões utilizados na execução das estacas devem obedecer às seguintes especificações:

Diâm. Estaca (mm) 300 350 400 450 520 600

Peso mínimo (kg) 1000 1500 2000 2500 2800 3000

Diâm. Mínimo ponta (mm) 180 220 250 280 310 380



capítulo seguinte.

As cargas nominais usualmente empregadas foram apresentadas no item 2.5.4


Diagrama de cravação: consiste em determinar o nº de golpes, com altura constante (usualmente 6m

ou mais), necessário à cravação de cada 50cm do tubo.

A energia de cravação é expressa por:

E = n*W*h onde

27

E = Energia de cravação do tubo

n = número de golpes para cravação de 50 cm do tubo

W = peso do pilão

h = altura de queda do pilão

A cravação pode ser considerada concluída quando tendo sido alcançada a profundidade prevista

para a estaca se obtém, no mínimo em dois trechos consecutivos de 50cm do diagrama as energias

mínimas apresentadas na tabela a seguir:

Diâmetro da estaca

(mm)

Energia mínima de

cravação (tm)

300 180

350 230

400 300

450 400

520 450

600 500

Nega: consiste em medir a nega final de cravação do tubo.

Usualmente mede-se a nega para 10 golpes de 1m de altura, 1 golpe de 3m de altura e 1 golpe de

5m de altura.

A estimativa da nega necessária é feita pela seguinte fórmula:

s = (0,15 * h * W2 * P) / [Q * (W+P)2] * [0,3 + 0,6 * (Sp / Se)] onde

s = nega

h = altura de queda

W = peso do pilão

P = peso do tubo

Q = carga na estaca

Sp = área da ponta (base)

Se = área do fuste da estaca

Sp = * Rp2

Rp = raio da base considerada esférica

Rp =[(3*Vb) / (4*)]1/3

Vb = volume da base da estaca

O peso do tubo pode ser estimado, conhecido seu comprimento e seu peso por metro, dado na tabela

a seguir:

Diâm. Estaca (mm) Peso tubo por metro (kg/m)

350 175

400 225

450 290

520 365

600 450

28

Exemplo de aplicação:

Estimar as negas para alturas de queda de 1,3 e 5m, para uma estaca de 520mm de diâmetro, a ser

cravada com tubo de 12m, com pilão de 3000kg, volume de base de 450 litros e carga de 130t.

Temos:

P = 12*365 = 4380 kg

W = 3000 kg

Vb = 450 l

Q = 130 t

Rp = [(3*0,45) / (4*)]1/3 = 0,48 m

Sp = * (0,48)2 = 0,72 m2

Se = ( / 4) * 0,522 = 0,20 m2

s = (0,15 * 32 * 4,38 * h) / [(3+4,38)2 * 130] * [0,3 + 0,6 * (0,72 / 0,20)]

s = (5,91 * h) / (7080,37) * (2,46) =0,0021 * h

h = 1 m s = 0,0021 m = 2,1 mm

h = 3 m s = 6,3 mm

h = 5 m s = 10,5 mm

Adotar na obra

Nega para 10 golpes de 1m - 2,1 cm

Nega para 1 golpe de 3 m - 6,3 mm

Nega para 1 golpe de 5 m - 10,5 mm

Diagrama de base: consiste em determinar a energia para injetar os últimos 150 litros de concreto

na base da estaca.

Esta energia corresponde ao nº de golpes do pilão multiplicado pela altura de queda (usualmente de

6m) e pelo peso do pilão.

Assim 20 golpes de um pilão de 3 t, caindo de 6m de altura corresponde a uma energia de 20x6x3 =

360 tm.

A NBR6122 exige que esta energia seja no mínimo de 500tm para estacas de diâmetro superior a

450mm e 250tm para estacas de diâmetro até 450mm.

Permite ainda que sejam adotados valores proporcionais, ou seja, para expulsar os últimos 75 litros

seriam, por exemplo, necessárias energias de 250tm. e 125tm. respectivamente.

Teoricamente esta energia mínima pode ser determinada pela fórmula proposta por Nordlund:

Q = (10*n*W*h*(Vt)2/3) / (V*K) onde

Q = carga da estaca em toneladas

n = número de golpes necessário à injeção do volume em litros V na base da estaca

W = peso do pilão em toneladas

h = altura de queda em metros

Vt = volume total injetado na base (inclusive V) em litros

K = coeficiente dado a seguir dependente do tipo de solo na ponta da estaca

29

Tipo de solo Valor de K

Pedregulho 9

Areia média a grossa 11

Areia fina a média 14

Areia grossa 18

Areia média 22

Areia fina 27

Areia muito fina 32

Silte com areia média a grossa 14

Silte com areia fina a média 17

Silte com areia fina 24

Argila rija a dura 20

Solo Residual 600/N 20

Observação: N é o valor do SPT na ponta da estaca


Estimar o número mínimo de golpes necessário para injetar os últimos 150l de concreto em uma

base com volume total de 450l, em uma estaca tipo Franki 600mm, sabendo-se que a carga na

estaca é de 170t e mesma se encontra apoiada em camada de solo residual apresentando SPT = 20.

A base será executada com pilão de 3,25t caindo de altura de 6m

Dados:

Q = 170t

W = 3t

h = 6m

V = 150l

Vt = 450l

N = 20

K = 600/20 = 30 adotar 20

170 = (10*n*3,25*6)*(450)2/3 / (150*20)

170 = (190*n*59,9) / 3000

n = 45 golpes

Neste caso a energia será de

E = 6*3,25*45 = 877,5 tm superior ao mínimo exigido pela NBR6122.

Na prática tem-se usualmente utilizado o critério da Norma que conduziria a :

n 500 / (3,25*6) = 26 golpes

Controle do encurtamento da armadura; consiste em controlar, através de um cabo de aço amarrado

a um dos ferros da armadura e passando por uma polia colocada no topo da torre do bate estacas, na

extremidade do qual, prende-se um peso para mantê-lo esticado, o encurtamento da armadura,

durante a concretagem do fuste da estaca.

Encurtamentos bruscos ou muito grandes, indicam ruptura da armadura que perde assim sua função

de garantir a continuidade da concretagem, levando a se suspeitar que a estaca possa estar

“seccionada”, ou seja, que o seu fuste não seja contínuo.

Encurtamento contínuo, sem brusca variação e com valores de até cerca de 2% do comprimento

concretado são aceitos como normais.

30

Controle do levantameno: consiste em controlar, através de nivelamento da ponta superior de um

dos ferros da armadura, eventual levantamento da mesma, indicativo de subida da estaca induzida

pela cravação de estacas próximas.

Recomenda-se, quando constatado levantamento, que estacas situadas num raio de 6 diâmetros em

torno de uma delas somente sejam cravadas no mínimo 24 horas após a concretagem dela e, que a

cravação seja conduzida de forma a não confinar local onde estacas ainda serão cravadas, por

exemplo como acontece quando se cravam estacas de um conjunto, da periferia para o centro. O

problema é especialmente grave quando a densidade de estacas é elevada e, principalmente quando

atravessando camadas pouco compressíveis de solo, ou camadas saturadas de solos de baixa

permeabilidade.

O levantamento causa, em geral, perda de capacidade de carga da estaca afetada, podendo mesmo,

como já constatado algumas vezes, provocar o seccionamento e a separação do fuste com a base.

2.6 – ESTACAS TIPO HÉLICE CONTÍNUA

Constitui tipo de estaca no qual o fuste é formado pela injeção, sob pressão, de concreto de elevado

abatimento (22±2cm), consumo mínimo de 400kg de cimento por m3, confeccionado com

agregado de diâmetro máximo igual à brita 0 ou pedrisco, através de tubo Ø4 a 5", sobre o qual

encontra-se montada hélice contínua e que foi previamente introduzida no terreno, tal como um

parafuso, através de equipamento especial, mostrado nas fotos das figuras 18 e 19 a seguir.

FIGURA 18 – Equipamento para execução de estacas tipo hélice contínua (porte médio)

31

FIGURA 19 – Equipamento para execução de estacas tipo hélice contínua (pequeno porte)


O processo executivo consiste em introduzir, por rotação, sem remoção durante toda a execução,

(analogamente a um saca rolhas ou parafuso), o trado contínuo no terreno.

Para tal são necessários torques elevados e a introdução prossegue até o torque máximo admissível

no equipamento ser atingido. Neste momento se reduz a velocidade de avanço momentaneamente,

para aliviar o torque pela quebra do atrito lateral desenvolvido na interface trado-solo, soltando-se

em seguida a mesa que está sendo puxada pelo "aparafusamento", ocasião em que o torque volta a

subir com o aumento da velocidade de avanço. O processo prossegue pela repetição deste ciclo de

redução momentânea de velocidade e torque e, acréscimo subseqüente, até que a cota de paralisação

da estaca seja atingida.

Daí decorre uma primeira conclusão importante: quanto maior torque disponível no equipamento,

menos alívios serão necessários e, em conseqüência, menor o desconfinamento causado no terreno e

maior capacidade de carga terá a estaca.

Concluída a introdução do trado inicia-se a concretagem por meio de concreto especial bombeado

pelo tubo central, à medida que se vai removendo o trado sem rodar. Excepcionalmente, no caso do

trado ficar preso (em geral como conseqüência de desconfinamento na perfuração que permite a

volta do concreto pela interface trado-solo), permite-se girar em sentido contrário ao de perfuração

para soltar a ferramenta.

32

Durante a concretagem procura-se manter positiva a pressão de injeção e um sobreconsumo

(consumo de concreto acima do volume teórico) também positivo, em geral, no mínimo 10%.

Caso ocorra pressão negativa causada pelo abaixamento da coluna de concreto, não mais contínua

dentro do tubo, devido a concreto escapando pela interface solo-trado (desconfinamento na

perfuração ou solo lateral de muito baixa resistência), deve-se parar a remoção do trado, aguardando

a retomada de pressão positiva, mesmo que o sobreconsumo aumente muito.

Às vezes o concreto chega a sair na superfície do terreno, impedindo a retomada de pressão

positiva. Neste caso a remoção do trado deve ser bem lenta e o sobreconsumo muito elevado para

que se tenha garantia de não causar o seccionamento total ou parcial da seção da estaca,

principalmente em solos onde a parede da escavação não permanece estável.

È importante realçar que nas estacas hélice contínua o sobreconsumo não deve ser encarado como

desperdício, mas sim, como elemento de garantia do total preenchimento da estaca e, inerente ao

seu processo executivo.

Concluida a concretagem, que deve ser levada até a superfície do terreno, após remoção da terra aí

acumulada, proveniente da limpeza do trado à medida que vai sendo extraido, procede-se a

colocação da armadura necessária, que deve ser suficientemente rígida para permitir que seja

introduzida no concreto. O sucesso de tal operação depende fundamentalmente, além da rigidez da

armadura, da plasticidade do concreto e da rapidez com que se inicia a introdução, após término da

concretagem (usualmente no máximo cerca de 10 minutos). O formato da armadura (ponta

ligeiramente virada para dentro) e recobrimento de no mínimo 7,5 cm são, também, fatores

importantes. A introdução da armadura é usualmente feita empurrando-a manualmente e com o

auxílio da caçamba de uma retro-escavadeira, normalmente deixada à disposição e também

utilizada para a rápida remoção da terra anteriormente ao início da colocação da armadura.

As figuras 20 a 22 ilustram o processo acima descrito

Figura 20 – Perfuração e concretagem das estacas tipo hélice contínua

33

Figura 21 – Colocação da armadura nas estacas tipo hélice contínua

Figura 22 – Detalhe da armadura para estacas tipo hélice contínua

Estribo em hélice

soldado externamente

(aço CA25)

Ferragem principal

(aço CA50 soldável)

3 voltas

2 voltas

3 voltas

34

2.6.2- Aplicação, vantagens e desvantagens:

O processo aplica-se às mais variadas condições do subsolo, exceto na ocorrência de materiais

impenetráveis (matacões, epessas camadas de pedregilhos compactos, solos concrecionados, etc).

Especiais cuidados devem ser tomados em areias e solos moles submersos, onde a maior

possibilidade de ocorrência de desconfinamentos durante a perfuração e/ou seccionamentos parciais

e/ou totais do fuste, na concretagem, podem comprometer o adquado funcionamento da estaca

Suas principais vantgens são:

Total ausência de vibrações.

Baixo nível de ruido.

Elevada produtividade (é usual obter-se produção de 15 a 25 estacas por dia).

Existência de processos, através de monitoração eletônica, capazes de permitir efetivo

contôle da execução, inclusive com posterior emissão de relatórios.

A principal desvantagem reside na dificuldade da colocação de armaduras com comprimentos

superiores a cerca de 6m, exigindo, ainda que as mesmas sejam cofeccionada somente com ferros

grossos para torna-las rígidas. O concreto de características especiais (confeccionado com agregado

graudo de dimensão máxima igual à do pedrisco, consumo mínimo de 400kg de cimento por m3 e

elevado abatimento), bombeado, constitui ainda uma desvantagem pelo seu custo mais elevado e

por ter que ser adquirido de usinas, exigindo transporte até a obra.

2.6.3 – Controle da execução:

É processado eletrônicamente através de sistema especificamente fornecido para tal e, cujo controle

central é exercido por computador existente na cabine da máquina (figura 23).

Figura 23 – Sistema de controle da execução de estacas tipo hélice contínua monitoradas,

vendo-se à direita o computador central do equipamento fabricado por Jean Lutz (França).

35

O controle compreende em monitorar e apresentar na tela do computador, “on line”, informações

sobre a perfuração e a concretagem da estaca, permitido ao operador altera-las conforme cada

circunstância específica.

Tais infomações versam, durante a perfuração, sendo disponíveis os valores atuais e suas variações

com a profundidade:

Velocidade de avanço

Torque desenvolvido

Velocidade de rotação

É ainda mantido controle da verticalidade da perfuração da estaca, através de sensor eletrônico,

processando-se as correções requeridas no prumo da torre sempre que necessário.

Durante a concretagem são disponíveis, também em valores atuais e com suas variações com a

profundidade, as seguintes informações:

Velocidade de extração do trado (velocidade de subida).

Pressão no concreto medida no sensor situado no início do tubo sifão colocado antes do

tubo de concretagem da ferramenta de perfuração, que permite monitorar a continuidade da

coluna de concreto.

Pode ainda ser observado:

Volume de concreto já bombeado (somente o valor instântaneo).

Valor do sobreconsumo atual

Gráfico indicativo da falta ou excesso de concreto em cada profundidade, relacionado ao

diâmetro teórico da estaca.

Todas estas informações, alem de disponíveis “on line”, permitindo a tomada de decisões na

operação, ficam gravadas em meio magnético, propiciando a posterior impressão de boletins da

estaca, contendo as informações sobre sua condições de execução. A figura 24 a seguir mostra um

destes boletins.

Figura 24 – Boletim

final de uma estaca

36

2.6.4 – Diâmetros usuais e cargas nominais

As cargas nominais são obtidas, conforme NBR 6122, como a a carga admissível em um pilar sem

flambagem:

Qadm = (Sc * fc) + (Sf * f'yk) / (1.15 * 1.4) onde

Qadm = carga admissível


fc = tensão admissível no concreto = 0.85*fck/(1.4*1.6)


f'yk = tensão de escoamento do aço à compressão

Para fck 20MPa e ausência de armação as seguintes carga nominais resultam

Diâm.(cm) 30 40 50 60 70 80

Qadm. (t) 45 80 130 180 240 320

A máxima profundidade alcançada depende do porte do equipamento sendo, em geral, limitada a

20m.

2.6.5 – Dimensionamento geotécnico

É efetuado, usualmente por uma das fórmulas semi-empíricas, baseadas no SPT e apresentadas no

capítulo seguinte.

2.7 – ESTACAS ESCAVADAS COM LAMA BENTONÍTICA

São estacas que são escavadas através de perfuratrizes e ferramentas (trados e caçambas), nas quais

a estabilidade das paredes e fundo da escavação é propiciada pela lama bentonítica que preenche a

perfuração.

Existem, básicamente, dois tipos de estacas escavadas com lama bentonítica:

Estacões: são estacas circulares com diâmetro, em geral, variando de 0,60 a 2,00m

perfiradas por rotação.

“Barretes” ou estacas-diafragma: são estacas com seção transversal retangular ou

alongada, escavadas por meio de ferramenta especial denominada “clamshell”. São, em

geral, executadas em seções variáveis entre 40x250 cm, até 60x320cm.

2.7.1 – Processo executivo:

O processo executivo compreende as seguintes fases:

a. Escavação e preenchimento simultâneo da estaca com lama bentonítica previamente

preparada.

b. Substituição da lama poluida pela perfuração por lama com características adequadas para a

concretagem e colocação da armadura, previamente montada, dentro da estaca.

37

c. Concretagem submersa através de tubo tremonha, com o concreto sendo introduzido na

estaca, de baixo para cima, expulsando a lama, que vai sendo bombeada de volta para os

tanques.

A figura 25 ilustra o processo anteriormente descrito.

Figura 25 – Execução de estaca escavada com lama bentonítica

A lama deve ser preparada com bentonita sódica em pó e água, numa concentração variável entre

aproximadamente 3 e 8%, em misturadores de alta turbulência, necessitando, para obter máxima

hidratação da bentonita, dependendo da energia utilizada na mistura, tempo de descanso de até 24

horas.

Suas características, conforme indicações da NBR6122, deve situar-se entre os seguintes limites:

Densidade, determinada na balança de lama, 1,025 a 1,10 g/cm3.

Viscosidade, medida no funil de Marsh, 30 a 90 segundos.

pH, medido com papel para teste, 7 a 11.

“Cake” (película impermeável formada sobre superfícies porosas), medido no “Filter Press”,

1 a 2 mm de espessura.

Teor de areia, medido no “Barold Sand Content”, até 3%.

O concreto a ser utilizado deve apresentar:

Consumo de cimento mínimo de 400 kg/m3.

Abatimento (“slump”) de 20 2 cm.

Diâmetro máximo do agregado não superior a 10% do diâmetro interno do tubo tremonha.

Agregado graudo com formas arredondadas, evitando-se formas lamelares.

Areia natural na proporção de 35 a 45% do peso total dos agregados.

Não utilizar pó de pedra

Utilizar fator água/cimento abaixo de 0,6 l/kg.

38

A figuras 26 mostra equipamentos para execução de “estacão” e estaca “barrete”.

Figura 26 – Perfuratriz para execução de “estacão” e estaca barrete vendo-se as

ferramentas de escavação caçamba e "clamshell"

39

2.7.2 – Aplicação, vantagens e desvantagens

O processo é especialmente indicado para cargas elevadas, ou, quando condições adversas do

subsolo tornam difícil ou anti-economico o emprego de outro tipo de fundação.

Com utilização de ferramentas especiais e/ou revestimento constituido por camisa de aço

recuperável, cravada previamente, ou introduzida concomitantemente com a perfuração, por meio

de entubadeira, pode-se executar estacas em qualquer condição, quer seja em local com presença de

lâmina dágua, matacões ou outras obstruções não ultrapassaveis por outros tipos de estacas, bem

como se consegue embutir a ponta da estaca em rocha.

A principal desvantagem reside no grande porte dos equipamentos necessários e à utilização da

lama, altamente poluente ao ser abandonada após utilização.

Para cargas pequenas e médias o custo destas estacas não se mostra, em geral, competitivo.

2.7.3 – Controles

Durante a perfuração verifica-se, permanentemente, a verticalidade, procurando-se corrigi-la ao

primeiro indício de desaprumo.

Antes do início da concretagem verifica-se a adequada limpeza do fundo da estaca através do

ensaio das características de amostra de lama coletada a 15 cm do fundo, a qual deverá apresentar as

características dentro dos limites fornecidos pela NBR6122 (vide item anterior).

Após colocação da armadura inicia-se a concretagem que não deve sofrer interrupções, sendo o

concreto lançado pelos caminhões diretamente no funil disposto na extremidade superior do tubo

tremonha.

Antes do lançamento de cada caminhão deve-se verificar visualmente o aspecto do concreto e medir

o seu abatimento que deve atender as exigências da NBR6122 (20 2 cm).

Durante a concretagem deve ser mantido rigoroso controle da subida do concreto dentro da estaca,

comparando-o com o teórico, para determinar o “overbreak”, bem como da posição da ponta do

tubo tremonha, mantida sempre imersa no concreto.

Qualquer anomalia ocorrida deve ser anotada para permitir a tomada de alguma decisão indicada

em função da anomalia.

2.7.4 – Diâmetros usuais e cargas nominais:

No mercado são encontrados normalmente diâmetros variáveis de 10 em 10 cm, entre 60 e 200cm.

As cargas nominais são obtidas, conforme NBR 6122, como a a carga admissível em um pilar sem

flambagem:

Qadm = (Sc * fc) + (Sf * f'yk) / (1.15 * 1.4) onde

Qadm = carga admissível


40

fc = tensão admissível no concreto = 0.85*fck/(1.4*1.8)


f'yk = tensão de escoamento do aço à compressão.

2.7.5 – Dimensionamento geotécnico

É efetuado, usualmente por uma das fórmulas semi-empíricas, baseadas no SPT e apresentadas noe

capítulo seguinte.

BIBLIOGRAFIA

EDITORA PINI – Fundações – Teoria e Prática – Waldemar Hachich e outros

novembro/1996

COPPE – UFRJ – Fundações Profundas – volume 2 – Dirceu A. Velloso e Francisco R. Lopes

Setembro/2002

ABNT – NBR6122 – Projeto e execução de fundações – abril/1996

41

CAPÍTULO VII

Fundações em estacas – dimensionamento geotécnico: capacidade de carga,

carga admissível

1- INTRODUÇÃO

Uma fundação profunda é aquela que se apoia em camada profunda do subsolo.

Teoricamente não segue o padrão de ruptura, já estudado, estabelecido por Terzaghi e, válido para

as fundações diretas.

Diversos autores tem procurado estabelecer modelos teóricos aplicáveis, destacando-se Prandtl

(1921), Reissner (1924), Caquot (1934), Buisman (1935), Terzagui (1943), Meyerhof (1951),

Berezantsev (1961) e uma das mais recentes, devida a um engenheiro brasileiro, Ricardo Salgado

(1993).

A resistência de uma fundação profunda sempre se manifesta por duas parcelas, uma devida ao

atrito lateral do solo adjacente e outra por resistência de ponta do solo subjacente.

Sabendo-se que as resistências do tipo passivas são sempre superiores às em repouso e, estas

também superiores às ativas, conclui-se que para uma mesma condição de solo, comprimento

e dimensão, as estacas cravadas apresentam maior capacidade de carga que as em repouso e

as escavadas.

Entretanto, se considerado do ponto de vista ecológico, isto é, com relação a ruídos, vibrações e

incômodos a vizinhos, a tendência é justamente a contrária.

Dentro de um mesmo tipo de estaca, cravada ou escavada, a capacidade de carga dependerá ainda

do processo executivo e dimensão (induzindo maior deslocamento ou desconfinamento) e, ainda

da natureza do solo (argiloso ou arenoso).

2 - CAPACIDADE DE CARGA

A capacidade de carga de uma fundação profunda, interpretada como a soma de uma resistência por

atrito lateral mais uma resistência de ponta é definida como a máxima carga que a fundação pode

suportar. Escreve-se:

Qu = Qlu + Qpu onde

Qu = capacidade de carga da estaca

Qlu = capacidade de carga por atrito lateral

Qpu = capacidade de carga por resistência de ponta

A máxima carga que uma fundação profunda pode suportar corresponderá à sua carga de ruptura

física, assim entendida como a máxima carga para a qual não se consegue mais nenhum

incremento, com ocorrência contínua e incessante de deformações, ou analogamente ao já discutido

para as fundações diretas, uma resistência convencional definida por uma deformação não mais

julgada aceitável.

Costuma-se admitir esta deformação como sendo 10% do diâmetro da fundação, no caso de

cravada ou escavada em solos argilosos e, de até 30% no caso de fundações escavadas em solos

arenosos.

42

3 - CARGA ADMISSÍVEL

A carga admissível de uma fundação profunda segue os mesmos princípios já discutidos para

fundações diretas, ou seja, devem ser observados os critérios de ruptura e recalque

Sua determinação pode der feita também pêlos processos ditos teóricos, consistindo no cálculo, por

uma das fórmulas teóricas disponíveis, da capacidade de carga da fundação e de seu recalque, para

que através dos critérios acima mencionados de ruptura e recalque, possa ser estabelecida a carga

admissível.

Entretanto, na prática corrente, tem sido muito mais empregadas as denominadas fórmulas semi-

empíricas que permitem o cálculo direto da carga admissível, com base em correlações diversas

disponíveis, fruto da experiência acumulada no estudo do comportamento de várias fundações já

executadas, bem como, em provas de carga de comprovação.

4 – FÓRMULAS SEMI - EMPÍRICAS

Diversas fórmulas semi-empíricas são utilizadas na prática corrente de fundações. A seguir as

mesmas são apresentadas.

As seguintes convenções serão utilizadas

ARGS - Argila Siltosa

ARGA - Argila Arenosa

SAG - Silte Argiloso

SAR - Silte Arenoso

AREA - Areia Argilosa

ARS - Areia Siltosa

ARE - Areia

ARP - Areia com Pedregulhos

L - Comprimento da Estaca

p - Perímetro da estaca

dp - diâmetro da ponta da estaca

sp - área da ponta da estaca

Qu - Capacidade de Carga Total da Estaca

Qlu - Capacidade de Carga por atrito lateral

Qpu - Capacidade de Carga por resistência de ponta

Qadm - Carga admissível na estaca

N - valores de SPT medidos em sondagens de reconhecimento à percussão

l - intervalo de medição do SPT nas sondagens (usualmente 1.00m)

4.1 - FÓRMULA DE PEDRO PAULO COSTA VELLOSO

Pedro Paulo Costa Velloso - 1979 - O problema da estimativa do comprimento de fundações

profundas com base em sondagens de reconhecimento à percussão - Publicação da empresa

Geotécnica SA.

Qu = Qlu + Qpu

Qadm = Qu / 2.5

Qlu = l * l *p*L/(L-1)( fs* l )

43

Qpu = p * p * * sp * 0.5 * [ ( qp ) med. acima + ( q p ) med. abaixo ]

fs = adesão solo-estaca

l = comprimento de estaca com adesão fs

qp = resistência do solo na ponta da estaca

l , p , l , p , são parâmetros, a seguir apresentados

( fs* l ) = soma dos valores do atrito lateral calculados ao longo do fuste da estaca

( q p ) med. acima = média dos valores q p calculada em um intervalo (8*dp) acima da ponta

da estaca

( q p ) med. abaixo = idem (3.5*dp) abaixo da ponta da estaca

= 1,016 - 0,016 dp/dc onde dc = diâmetro do cone holandes = 3,6cm

Os valores de adesão fss ee rreessiissttêênncciiaa ddee ppoonnttaa qqpp ffoorraamm aajjuussttaaddooss ppoorr VVeelllloossoo ccoomm bbaassee eemm ddaaddooss

oobbttiiddooss nnaa áárreeaa ddaa RReeffiinnaarriiaa DDuuqquuee ddee CCaaxxiiaass ee AAççoommiinnaass,, ccoommoo aa sseegguuiirr::

RReeffiinnaarriiaa DDuuqquuee ddee CCaaxxiiaass ffss==CCss**NN

qqpp==CCpp**NN

AAççoommiinnaass ((ssoollooss rreessiidduuaaiiss ssiillttoo aarreennoossooss)) ffss==11,,2211**NN00,,7744 ((ttff//mm22))

qqpp==4477**NN00,,9966 ((ttff//mm22))

Recomenda-se que se N for superior a 40 utilize-se N = 40

Os valores de Cs e Cp são apresentados na tabela da página seguinte

TIPO DA ESTACA l p

Premoldada (concreto ou aço) 1,00 1,00

Franki 1,00 1,00

Hélice Contínua 0,85 0,50

Escavadas sem revestimento 0,50 0,50

Escavadas com revestimento ou lama 0,70 0,50

Raiz 0,90 0,50

TIPO DO CARREGAMENTO l p

Compressão 1,00 1,00

Tração 0,75 0,00

44

TIPO DO SOLO Cs(t/m2) C p (t/m2)

ARGS 0,63 25,00

ARGA 0,63 25,00

SAG 0,70 30,00

SAR 0,80 40,00

AREA 0,85 45,00

ARS 0,85 50,00

ARE 0,50 60,00

ARP 0,50 60,00


Calcular a carga admissível à compressão, de um estaca tipo Franki, Ø600mm, com base alargada

com 450 litros, com 12m de comprimento, executada em local onde o subsolo seja representado

pela sondagem mostrada no perfil indicado na figura 27.

p = * 0.6 = 1,88m

L = 12m

Vb = 0,45m3 = (4/3)**R3

dp = 2* [(3*0,45 / 4*)]1/3 = 0.95m

sp = * 0.952 / 4 = 0,709m2

l = p = 1,00

= 1,016 - 0,016 * 95/3,6 = 0,59

l = p = 1,00

8*dp = 8*0,95 8m

3,5*dp = 3,5*0,953m

Qlu = 1*1*1,88*12/11[(2+2+3+5+4)*0,63 + (6+8+10)*0,8 + (12+15+15)*0,85] = 133 t

(Cp*N)med. acima = [(15+15+12)*50 + (10+8+6)*40 + (4+5)*25] / 8 = 410,6 t/m2

(Cp*N)med. abaixo =( 17 + 19 + 25 )*50 / 3= 1016,7 t/m2

Qpu = 1,0*0,59*[(410,6 + 1016,7) / 2]*0,709 = 299 t

Qu = 133+ 299 = 432 t

Qadm = 432 / 2,5 = 173 t

Figura 27 – Perfil de sondagem do exemplo de aplicação 1

2

2

3

5

4

6

8

10

12

15

15

17

19

25

35

45/20

45/15

45/10

0

-1

.2

-3

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

-11

-12

-13

-14

-15

-16

-17

-18

-

Argila siltosa, muito mole a mole, marrom

Silte arenoso, pco compacto, rosa - Solo Residual

Areia siltosa, medianamente compacta a muito

compacta, amarela e branca

Solo Residual

NA

2

2

3

5

4

6

8

10

12

15

15

17

19

25

35

45/20

45/15

45/10

0

-1

.2

-3

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

-11

-12

-13

-14

-15

-16

-17

-18

-

Argila siltosa, muito mole a mole, marrom

Silte arenoso, pco compacto, rosa - Solo Residual

Areia siltosa, medianamente compacta a muito

compacta, amarela e branca

Solo Residual

NA

45

4.2 – FÓRMULA DE AOKI – VELLOSO

Nelson Aoki e Dirceu Velloso - 1975 - An approximate method to estimate the Bearing Capacity

of Piles - 5th Panamerican Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering -Buenos

Aires, Tomo I, pp 367-376.

Qu = Qlu + Qpu

Qadm = Qu / 2

Qlu = p*L /[(L-1)*F2] * ( fs* l )

Qpu = (sp / F1) * qp

qp=K*N

fs=qp=*K*N

, K , F1 , F2, são parâmetros, a seguir apresentados

( fs* l ) = soma dos valores ( * K * N ), calculados ao longo do fuste da estaca

A resistência de ponta é calculada com o SPT correspondente à ponta da estaca

Recomenda-se que se N for superior a 40 utilize-se N = 40

TIPO DA ESTACA F1 F2

Premoldada (concreto ou aço) 1,75 3,50

Franki 2,50 5,00

Hélice Contínua 2,00 4,00

Escavadas sem revestimento 3,00 6,00

Escavadas com revestimento ou lama 3,00 5,00

Raiz 2,00 4,00

TIPO DO SOLO (%) K (t/m2)

ARGS 4,00 22,00

ARGA 2,40 35,00

SAG 3,40 23,00

SAR 2,20 55,00

AREA 3,00 60,00

ARS 2,00 80,00

ARE 1,40 100,00

ARP 1,40 100,00


Calcular a carga admissível da mesma estaca do exemplo 1, com base na mesma sondagem (figura

27), utilizando a fórmula de Aoki - Velloso

Qlu=1,88*12/(11*5)*[(0,04*22)*(2+2+3+5+4)+(0,022*55)*(6+8+10)+(0,02*80)*(12+15+15)]=45t

46

Qpu = 0,709 / 2,5 * 80*17 = 386 t

Qu = 45 + 386 = 431 t

Qadm = 431/ 2 216 t.

4,3 – FÓRMULA DE DECOURT-QUARESMA

Luciano Decourt e Renato Quaresma - 1978 - Capacidade de Carga de estacas a partir de valores

do SPT. - VI Congresso Brasileiro de Mecânica dos Solos e Engenharia de Fundações - Rio de

Janeiro, pp 45-53

Luciano Decourt - 1982 - Prediction of the Bearing Capacity of the piles based exclusively on N

values of the SPT. - 2th European Symposium on Penetration Testing - Amsterdam, pp 19-34.

Qu = Qlu + Qpu

Qadm = (Qlu / 1.3) + (Qpu / 4)

Qlu = p * L/(L-1) * ( fs*l)

Qpu = sp * qp

fs = (*N/3+)

qp = *K*N

, , K , são parâmetros, a seguir apresentados em t/m2

TIPO DO SOLO K (t/m2)

ARGS 11,00

ARGA 12,00

SAG 20,00

SAR 25,00

AREA 35,00

ARS 35,00

ARE 40,00

ARP 40,00

A resistência de ponta deve ser calculada como a média entre o valor da ponta, um metro

acima e um metro abaixo.

Recomenda-se que se N for menor que 3 utilize-se 3 e, se for maior que 50, utilize-se 50.

TIPO DE ESTACA

Prem.(concreto/aço) 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Franki 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00

Hélice Contínua 0,85 1,00 0,85 1,00 0,60 1,00 0,60 0,90 0,50 0,80 0,50 0,80 0,50 0,70 0,50 0,70

Esc. s/ revestimento 0,85 0,80 0,85 0,80 0,60 0,65 0,60 0,65 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50

Esc.c/ revest.ou lama 0,85 0,90 0,85 0,90 0,60 0,75 0,60 0,75 0,50 0,60 0,50 0,60 0,50 0,60 0,50 0,60

Raiz 0,85 1,30 0,85 1,30 0,60 1,20 0,60 1,20 0,50 1,10 0,50 1,10 0,50 1,00 0,50 1,00

ARGS ARGA SAG SAR AREA ARS ARE ARP

47


Calcular a carga admissível da mesma estaca do exemplo 1, com base na mesma sondagem

(figura27), utilizando a fórmula de Decourt - Quaresma

Qlu = 1,88 * 12/11* [(1,00*(3+3+3+5+4+6+8+10+12+15+15) / 3 +11*1] = 80 t

Qpu = 0,709 * (1,00*35*(15+17+19) / 3) = 422 t

Qu = 80 + 422 = 502 t

Qadm = 80/1,3 + 422/4 = 167 t

4.4 - FÓRMULA DE TEIXEIRA

Alberto Henriques Teixeira - 1996 - Projeto e Execução de Fundações - 3º Seminário de

Engenharia de Fundações Especiais e Geotecnia - São Paulo, Vol. I, pp 33-50

Qu = Qlu + Qpu

Qadm = (Qlu / 1.5) + (Qpu / 4) para estacas escavadas em geral

Qadm = Qu / 2 para estacas cravadas e raiz

Qlu = p * L * fs

Qpu = sp * qp

fss == ** NNss mmeeddiioo

qqpp == 0.5 * [ ( * N ) med. acima + ( * N ) med. abaixo ]

são parâmetros, a seguir apresentados

NNss mmeeddiioomédia dos valores de N (SPT) ao longo do fuste da estaca

* N ) med. acima = média dos valores ( * N ) calculada em um intervalo (4*dp)

acima da ponta da estaca

( * N ) med. abaixo = idem (1.0*dp) abaixo da ponta da estaca

Recomenda-se que se N(SPT) for maior que 40, utilize-se 40.

TIPO DA ESTACA

(t/m2)


Prem.(concreto ou aço) 0,40 11,0 21,0 16,0 26,0 30,0 36,0 40,0 44,0

Franki 0,50 10,0 16,0 12,0 21,0 24,0 30,0 34,0 38,0

Hélice contínua 0,40 10,0 13,0 11,0 16,0 20,0 22,0 27,0 31,0

Esc. s/ revestimento 0,40 10,0 13,0 11,0 16,0 20,0 22,0 27,0 31,0

Esc. c/ revest.ou lama 0,40 10,0 13,0 11,0 16,0 20,0 22,0 27,0 31,0

Raiz 0,60 10,0 14,0 11,0 16,0 19,0 22,0 26,0 29,0

TIPO DE SOLO

(t/m2)

48



27), utilizando a fórmula de Alberto H. Teixeira.

Qlu = 1,88 *12 * 0,5 *(2+2+3+5+4+6+8+10+12+15+15)/11 = 84 t

4*dp = 4*0,95 4m

1*dp = 1*0,95 1m

Qpu = 0,709 * 0,5 *{[(30*(15+15+12) + (21*10)]/4 + [(30*17)/1]} = 311 t

Qu = 84 + 311 = 395 t

Qadm = 395 / 2 = 198 t

4.5 - FÓRMULA DE ALONSO

Urbano Rodrigues Alonso - 1996 - Estacas Hélice Contínua com monitoração eletrônica.

Previsãoda Capacidade de Carga através do ensaio SPTT. - 3º Seminário de Engenharia de

FundaçõesEspeciais e Geotecnia - São Paulo, Vol. II, pp 141-151.

Urbano Rodrigues Alonso - 1996 - Estimativa da adesão em estacas a partir do atrito lateral

medido com o torque no ensaio SPTT. - Revista Solos e Rochas da ABMS, vol. 19 nº1, pp 81-84.

Qu = Qlu + Qpu

Qadm = Qu / 2 ou Qadm = (Qlu / 0.8) , considerar o que for menor.

Qlu = 0.662 * p * L * fs

Qpu = sp * qp

fs = * NNss mmeeddiioo

qqpp == 0.5 * [ ( * N ) med. acima + ( * N ) med. abaixo ]

são parâmetros, a seguir apresentados

NNss mmeeddiioomédia dos valores de N (SPT) ao longo do fuste da estaca

( * N ) med. acima = média dos valores ( * N ) calculada em um intervalo (8*dp)


( * N ) med. abaixo = idem (3.0*dp) abaixo da ponta da estaca

Recomenda-se que se N (SPT) for superior a 40 utilize-se N (SPT) = 40

TIPO DA ESTACA

(t/m2)


Prem.(concreto ou aço) 0,67 10,0 10,0 15,0 15,0 20,0 20,0 20,0 20,0

Franki 0,67 10,0 10,0 15,0 15,0 20,0 20,0 20,0 20,0

Hélice contínua 0,65 10,0 10,0 15,0 15,0 20,0 20,0 20,0 20,0

Esc. s/ revestimento 0,56 10,0 10,0 15,0 15,0 20,0 20,0 20,0 20,0

Esc. c/ revest.ou lama 0,59 10,0 10,0 15,0 15,0 20,0 20,0 20,0 20,0

Raiz 0,87 10,0 10,0 15,0 15,0 20,0 20,0 20,0 20,0

TIPO DE SOLO

(t/m2)

49


Calcular a carga admissível da mesma estaca do exemplo 1, com base na mesma sondagem(figura

27), utilizando a fórmula de Urbano R. Alonso.

Qlu = 0.662 * 1,88 *12 * 0,67 * (2+2+3+5+4+6+8+10+12+15+15/11) = 75 t

8dp = 8*0,95 8m

3dp = 3*0,95 3m

Qpu = 0,709*0,5*{[(20*(15+15+12)+15*(10+8+6)+10*(4+5)]/8+[20*(17+19+25)]/3}= 201 t

Qu = 75 + 201 = 276 t

Qadm = 276 /2 = 138 t

Qadm = 75 / 0,8 = 94 t Adotar Qadm = 94 t

No caso em que medições de torque forem disponíveis ( ensaio SPTT ) a fórmula de Alonso se

escreve:

Qlu = * p * L * fsmed onde

fsmed = média das adesões fs ao longo do fuste da estaca (comprimento L), sendo

fs = (10*Tmax) / (0,42*h - 0,032) (t/m2)

em que h = penetração do amostrador em cm.

A resistência de ponta é calculada pela mesma relação já vista, em função do SPT, se não tiver

sido obtido o valor de Tmin .

No caso contrário faz-se N = Tmin e

Qpu = sp * 0.5 * [ ( * Tmin) med. acima + ( * Tmin) med. abaixo ] onde

* Tmin ) med. acima = média dos valores ( * Tmin ) calculada em um intervalo (8*dp)


( * Tmin ) med. abaixo = idem (3.0*dp) abaixo da ponta da estaca

Recomenda-se que se Tmin for superior a 40 kgm utilize-se Tmin = 40kgm.


Na sondagem da figura 28, calcular a carga admissível em estaca hélice contínua pela fórmula de

Alonso, utilizando os valores de SPT e Torque, para Ø = 80cm e L = 19m

50

N(SPT) Tmax (kgm)

Figura 28 – Sondagem do exemplo de aplicação 6

A planilha a seguir resume os valores de fs calculados conforme a f'órmula apresentada

anteriormente

4

7

8

9

10

6

6

9

11

11

10

9

10

9

10

12

14

15

20

40/25

0

-1

.2

-3

-4

-5

-6

-7

-8

-9

-10

-11

-12

-13

-14

-15

-16

-17

-18

-19

-20

2

6

8

8

9

10

12

18

29

24

23

23

22

17

19

23

25

26

32

40

40

Argila arenosa, pouco siltosa, mole, marrom (Aterro)

Argila siltosa, pouco arenosa, média, marrom

Silte argiloso, pouco arenoso, médio, amarelo. Solo residual

Silte arenoso, (areia fina e média), medianamente compacto a

muito compacto amarelo, rosa, cinza e branco

Solo residual

NA

Prof. (m) N (SPT) Torque (kgm) fs (t/m2)

1 4 2 1,06

2 7 6 3,18

3 8 8 4,24

4 9 8 4,24

5 10 9 4,77

6 6 10 5,30

7 6 12 6,36

8 9 18 9,54

9 11 29 15,37

10 11 24 12,72

11 10 23 12,19

12 9 23 12,19

13 10 22 11,66

14 9 17 9,01

15 10 19 10,07

16 12 23 12,19

17 14 25 13,25

18 15 26 13,78

19 20 32 16,96

20 40 40 23,85

Soma 230 376 201,93

51

dp = 80 cm

sp = 0,5 m2

p = 2,51 m

L = 19 m

8*dp = 8 * 0,8 6 m

3,5*dp = 3,5 * 0,8 3 m

Com base no SPT

Qlu = 0,662 * 2,51 * 19 * 0,65 * (230 - 60)/18 = 194 t

Qpu = 0,5 * 0,5 *[15*(15+14+12+10+9+10)/6 + 15*(20+40+40)/3] = 169 t

Qu = 194 + 169 = 363 t

Qadm = 194/0,8 = 243 t

Qadm = 363/2 = 182 t Adotar Qadm = 182 t

Com base no torque

Qlu = 0,65 * 2,51 * 19 * (201,93-23,85-16,96)/18 = 277 t

Qu = 277 + 169 = 446 t

Qadm = 277/0.8 = 346 t

Qadm = 446/2 = 223 t Adotar Qadm = 223 t

4.6 - COMPARAÇÕES

A tabela a seguir permite comparar os diversos processos, com base no SPT, conforme calculados

nos exemplos de aplicação 1 a 5:

Fórmula Qlu (t) Qpu (t) Qu (t) Qadm (t)

PPCV 133 299 432 173

AOKI-VEL: 45 386 431 216

DEC.-QUAR. 80 422 502 167

TEIXEIRA 84 311 395 198

URBANO R.AL. 75 201 276 94

MEDIA 83 324 407 169

4.7 - FÓRMULA DOS COEFICIENTES MÉDIOS ( JOSÉ ERNANI DA SILVA SILVEIRA )

O autor estabeleceu uma fórmula denominada ''dos coeficientes médios'' correspondente a uma

avaliação média entre os diversos processos apresentados anteriormente

Esta fórmula pode ser escrita:

Qu = Qlu + Qpu

Qadm = Qu / 2 para estacas cravadas

Qadm = Qu / 2 ou Qadm = (Qlu / 0.8), considerado o menor valor, para estacas

escavadas, raiz e hélice contínua

Qlu = p * L * fs onde

fs = adesão média ao longo do fuste da estaca

fs = ( Cs * N ) / (L-1)

52

Cs = coeficientes médios de atrito lateral (tabela abaixo reproduzida)

( Cs * N ) = soma dos produtos ( Cs * N ) , computados ao longo do fuste da estaca.

Qpu = sp * qp

qp = 0.5 * [ (Cp * N ) med. acima + (Cp * N ) med. abaixo ]

Cp = coeficientes médios de ponta (tabela abaixo reproduzida)

(Cp* N ) med. acima = média dos valores (Cp* N ) calculada em um intervalo 5 dp


(Cp * N ) med. abaixo = idem 5 dp abaixo da ponta da estaca

Recomenda-se que se N (SPT) for superior a 40 utilize-se N (SPT) = 40 e, se N (SPT) for

inferior a 3, utilize-se N (SPT) = 3.

Valores na tabela expressos em t/m2



27), utilizando a fórmula dos Coeficientes Médios

Qlu = 1,88 *12 * [ 0,46*(3+3+3+5+4) + 0,51*(6+8+10) + 0,54*(12+15+15)]/11 = 88 t

5 dp = 5*0,95 5m

Qpu = 0,709 * 0,5*{[30,68*(15+15+12) + 22,29*(10+8)]/5 + [30,68*(17+19+25+35+40)]/5}

Qpu = 416 t

Qu = 89 + 416 = 505 t

Qadm = 253 t

4.8 - OBSERVAÇÕES IMPORTANTES

- No caso de estacas metálicas recomenda-se, em qualquer fórmula, utilizar a chamada "seção

embuchada", isto é a seção correspondente ao polígono circunscrito à estaca. Assim, a área

da ponta será a área do polígono e o perímetro da estaca o perímetro do polígono.

- Em estacas não maciças ( premoldadas de concreto centrifugado e tubulares de aço ) , a

área de ponta será a área total da seção sem descontar o vazio e, o perímetro será

considerado igual ao perímetro externo da estaca.

- A extrapolação, eventualmente necessária, quando se considera no cálculo da resistência de

ponta os intervalos acima e abaixo da ponta da estaca,, deverá ser feita, acima do primeiro

valor de SPT, considerando-os nulos e, abaixo do último SPT da sondagem,

considerando-os iguais ao último. O material também será considerado o mesmo do

último SPT.

TIPO DE ESTACA

Cs Cp Cs Cp Cs Cp Cs Cp Cs Cp Cs Cp Cs Cp Cs Cp

Prem.(concreto/aço) 0,45 12,51 0,44 16,00 0,46 16,91 0,50 24,93 0,54 29,98 0,53 34,14 0,45 39,59 0,45 40,39

Franki 0,46 11,54 0,46 13,97 0,47 15,24 0,51 22,29 0,55 26,98 0,54 30,68 0,46 35,60 0,46 36,40

Hélice Contínua 0,41 9,21 0,41 10,67 0,42 11,17 0,45 15,59 0,47 18,56 0,46 20,63 0,38 24,15 0,38 24,95

Esc. s/ revestimento 0,33 9,21 0,33 10,67 0,32 11,17 0,34 15,59 0,35 18,56 0,34 20,63 0,30 24,15 0,30 24,95

Esc.c/ revest.ou lama 0,37 9,21 0,37 10,67 0,36 11,17 0,39 15,59 0,41 18,56 0,40 20,63 0,35 24,15 0,35 24,95

Raiz 0,55 9,21 0,55 10,87 0,56 11,17 0,57 15,59 0,60 18,36 0,59 20,63 0,51 23,95 0,51 24,55


53

4.9 - CÁLCULO INFORMATIZADO

As fórmulas apresentadas permitem calcular a carga admissível de uma estaca, considerada

para a mesma, uma dada profundidade. O problema, na maioria das vezes envolve, entretanto,

a determinação da profundidade requerida para uma dada carga admissível. Neste caso, o

cálculo terá que ser feito por tentativas, arbitrando-se uma profundidade e calculando-se a

correspondente carga admissível, até que se obtenha a condição desejada.

Uma alternativa interessante é a de se informatizar o cálculo, computando-se o valor da carga

admissível, de metro em metro, a partir de 1m de profundidade, até o limite da sondagem.

BIBLIOGRAFIA

- Editora Pini – novembro/1996 - Fundações – Teoria e Prática – Waldemar Hachich e

outros

- COPPE – UFRJ – Setembro/2002 - Fundações Profundas – volume 2 – Dirceu A. Velloso

e Francisco R. Lopes

- ABNT – NBR6122 – abril/1996 - Projeto e execução de fundações

- PUC - Rio de Janeiro - 1982- Fundações Aspectos Geotécnicos - Pedro Paulo Costa

Velloso

- Van Nostrand Reinhold Company - USA – 1975 - Foundation Engineering Handbook-

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- Mc Graw Hill Kogakusha Ltd - Japan - 1977 - Foundation Analysis and Design - Joseph

E. Bowles - International Student Edition

- Prentice Hall International Inc. - USA – 1962 - Foundation Design - Wayne C. Teng

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- Editora Interciência - São Paulo - 1977- Introdução à Engenharia de Fundações - Simons

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- Editora Edgard Blucher Ltda - São Paulo - 1983 - Exercícios de Fundações - Urbano

Rodrigues Alonso

- Editora Edgard Blucher Ltda - São Paulo - 1989- Dimensionamento de Fundações

Profundas - Urbano Rodrigues Alonso

- Editora Edgard Blucher Ltda São Paulo – 1995 - Previsão e Controle das Fundações -

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- Viewpoint Publications - London - 1977 - Pile Design and Construction Practice - M. J.

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APOSTILA DE FUNDA��ES - VOLUME 2