Fundações - Estacas

Rideci Farias. Haroldo Paranhos.

Engenheiro Civil e Geotcnico, D. Sc. Engenheiro Civil e Geotcnico, M. Sc.

CREA/ PA 9736 D. CREA/DF 9649 D.

Engenharia de Fundaes 2 Semestre de 2014 97

NOTAS DE AULAS DE ENGENHARIA DE FUNDAES

2 SEMESTRE DE 2014

(ESTACAS E BLOCOS DE COROAMENTO DE ESTACAS E TUBULES)

PROFESSORES:

RIDECI FARIAS

HAROLDO PARANHOS

BRASLIA / DF

JULHO / 2014





SUMRIO

8.0. FUNDAES PROFUNDAS CARGA ADMISSVEL ................................ 101

9.0. DIMENSIONAMENTO DE ESTACAS .......................................................... 103

9.1. CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS ...................................................... 103

9.2. DIMENSIONAMENTO DA SEO DA ESTACA ............................................. 107

10.0. DIMENSIONAMENTO DE BLOCOS DE COROAMENTO EM ESTACAS E TUBULES ............................................................................................................ 113

10.1. BLOCO PARA UMA ESTACA ......................................................................... 113

10.2. BLOCO PARA DUAS ESTACAS ...................................................................... 118

10.3. BLOCO PARA TRS ESTACAS ....................................................................... 124

10.4. BLOCO PARA QUATRO ESTACAS ................................................................ 127

10.5. ARMAO DE BLOCOS COM MAIS DE 4 ESTACAS ................................. 131

LISTA DE FOTOS

Foto 10.1 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (Construtora Quartzo). ......... 115

Foto 10.2 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (fundflexnine). ..................... 115

Foto 10.3 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (Construtora Quartzo). ......... 120

Foto 10.4 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (fundflexnine). ..................... 120

Foto 10.5 Execuo para bloco de coroamento de 3 estacas (Rossi Bizerris). ................... 125



Foto 10.8 Bloco de coroamento de 3 estacas. ..................................................................... 125

Foto 10.9 Execuo para bloco de coroamento de 4 estacas. ............................................. 127

Foto 10.10 Execuo para bloco de coroamento de 4 estacas. ........................................... 127

Foto 10.11 Execuo para bloco de coroamento de 4 estacas. ........................................... 128

LISTA DE TABELAS

Tabela 8.1 Estacas pr-moldadas de concreto (Velloso Lopes, 1996). 101

Tabela 8.2 Estacas de madeira (Velloso Lopes, 1996). 101

Tabela 8.3 Estacas de ao (Velloso Lopes, 1996). 102

Tabela 8.4 Estacas escavadas. 102

Tabela 8.5 Outros tipos de estacas. 103

Tabela 9.1 Valores de C em funo do tipo de solo (Dcourt e Quaresma, 1978). 105

Tabela 9.2 Valores de C em funo do tipo de solo para estacas escavadas com lama bentontica (Dcourt, 1986). 106





Tabela 9.3 Valores de coeficientes . 107

Tabela 9.4 Valores de coeficientes . 107





Esta apostila foi elaborada para os alunos de graduao em Engenharia Civil na disciplina

Engenharia de Fundaes com o objetivo de familiarizar os futuros Engenheiros com as

fundaes mais comumente utilizadas no Brasil. Entretanto, este material pode ser utilizado

por qualquer outra Faculdade, desde que seja para fins educacionais, sem consulta prvia aos

autores.

O material que serviu de base para a elaborao desta apostila foi:

a) Experincias dos professores Rideci Farias e Haroldo Paranhos na rea Geotcnica;

b) Normas ABNT/ NBR; Normas ASTM; Normas DNIT; etc.;

c) Livro (Guia Prtico de Projeto, Execuo e Dimensionamento, Yopanan C. P. Rebello),

apostilas, notas de aulas, entre outros materiais diversos, tais como dos professores: Mrcio

M. Fabrcio; Joo A. Rossignolo.

d) Sites diversos consultados na Internet, tais como:

http://www.radierprotendido.com.br/;

http://www.estacasipr.com.br/produtos.php;

http://www.benaton.com.br/html/estacas-benaton.htm;

http://www.perfurac.com.br/reforcos-fundacoes-mega.htm;

http://www.solotrat.com.br/;

http://www.fundesp.com.br;

http://www.brasfond.com.br;

http://www.fxsondagens.com.br;

http://www.tecgeo.com.br/;

http://www.engeconfundacoes.com.br;

http://www.franki.com.br;

http://www.geofix.com.br;

http://www.solossantini.com.br;

http://www.geone2010.com.br/download/Palestra_GeoNE_2010.pdf;

http://www.acharimoveis.com/blog_imobiliario/?m=201103;

http://www.dicionariogeotecnico.com.br;





8.0. FUNDAES PROFUNDAS CARGA ADMISSVEL

A determinao da carga admissvel de estacas compreende dois aspectos:

a) Estrutural: segurana runa do elemento estrutural;

b) Geotcnico:

b.1) segurana ruptura ao cisalhamento do solo (capacidade de carga);

b.2) recalques aceitveis.

a) Estrutural: A seguir so apresentados os tipos mais comuns de estacas e suas respectivas

cargas nominais usuais (cargas admissveis considerando apenas o aspecto estrutural), em

funo da seo transversal do fuste e da tenso mdia do fuste ().

Tabela 8.1 Estacas pr-moldadas de concreto (Velloso Lopes, 1996).

Tabela 8.2 Estacas de madeira (Velloso Lopes, 1996).

Observao: Os valores da tabela so apenas uma ordem de grandeza, pois a carga nominal

depende do tipo de madeira.





Tabela 8.3 Estacas de ao (Velloso Lopes, 1996).

Tabela 8.4 Estacas escavadas.





Tabela 8.5 Outros tipos de estacas.

b) Geotcnico:

b.1) Capacidade de carga f (perfil do solo): frmulas tericas; mtodos semi-empricos; prova

de carga esttica; prova de carga com carregamento dinmico.

b.2) Recalques admissveis.

9.0. DIMENSIONAMENTO DE ESTACAS

9.1. CAPACIDADE DE CARGA DAS ESTACAS

As cargas admissveis das estacas apresentadas so em funo do dimetro e so cargas

mximas possveis em funo da resistncia do corpo da estaca. Porm, essas cargas nem

sempre refletem os valores realmente possveis de serem transmitidos ao solo. Como se sabe,

a transferncia de carga ao solo se d pelo atrito lateral e o solo, e a reao devida ponta da

estaca, depende, portanto, alm do dimetro, do comprimento da estaca e do tipo de solo

atravessado por ela.

As frmulas tericas para determinao da capacidade das estacas so de difcil utilizao, j

que exigem o conhecimento de parmetros muitas vezes complicados de serem obtidos com

preciso. Por isso, apresenta-se um processo mais simples, proposto pelos pesquisadores

Dcourt e Quaresma e que bastante utilizado. Alm desse, h diversos mtodos utilizados no

Brasil como a seguir:





a) Mtodo de Meyerhof;

b) Mtodo de Pedro Paulo Costa Velloso;

c) Mtodo de Aoki-Velloso;

d) Mtodo de Alberto Henriques Teixeira;

e) Mtodo de Urbano Rodrigues Alonso.

Observao 9.1: Em dimensionamento de fundaes, recomenda-se que se proceda a diversos

mtodos, pelo menos cinco, a fim de verificar as variaes na capacidade de carga das estacas

com vistas tomada de deciso ao mtodo a ser adotado.

Observao 9.2: Recomenda-se que se d ateno especial ao mtodo desenvolvido para os

solos da regio em que a obra ser implantada.

O Mtodo de Dcourt-Quaresma se baseia no conhecimento do SPT do solo apresentado na

sondagem percusso.

A capacidade da estaca dada pela seguinte relao:

ppsc A . q . . A . q . Q Onde:

cQ = capacidade de carga da estaca;

sq = resistncia ao atrito;

A = rea lateral da estaca;

= comprimento da estaca;

pq = resistncia de ponta;

pA = rea da ponta da estaca;

e so coeficientes que dependem do tipo de estaca e do solo (Tabelas 9.3 e 9.4).

A rea da ponta da estaca (Ap) considerada em funo da rea de projeo da ponta da

estaca e no efetivamente da rea da seo transversal da ponta da estaca, ou seja:





A parcela qs, devida ao atrito lateral calculada da seguinte forma:

)(tf/m 13

Nq

2m

s

Em que Nm a mdia dos pontos SPT ao longo do comprimento considerado para a estaca,

por exemplo para uma estaca de 5,0 metros, tem-se:

NN m

5

)1581262(N m

6,8Nm

Portanto,

2

s tf/m3,8713

8,6q

1 2

2 6

3 12

4 8

5 15

6 18

7 25

8 28

9 35

10 32

= 5,0 m

Valores do SPTProfundidade (m)

A resistncia de ponta dada pela seguinte relao:

)(tf/m N . Cq2

p

Em que C um coeficiente que depende das caractersticas do solo e N o SPT na ponta da estaca. Costuma-se utilizar para N a mdia de trs valores, o da ponta, o imediatamente anterior e o imediatamente posterior.

Tabela 9.1 Valores de C em funo do tipo de solo (Dcourt e Quaresma, 1978).

Tipo de Solo C (tf/m2)

Argila 12

Siltes argilosos 20

Silte arenoso 25

Areia 40





Tabela 9.2 Valores de C em funo do tipo de solo para estacas escavadas com lama bentontica (Dcourt, 1986).

Tipo de Solo C (tf/m2)

Argilas 10

Siltes argilosos (alterao de rocha) 12

Siltes arenosos (alterao de rocha) 14

Areias 20

Pode ocorrer que abaixo da ponta da estaca exista um solo cuja resistncia, indicada pelo

SPT, seja inferior do solo em que esteja assentada a ponta. Neste caso, deve-se considerar a

influncia das camadas menos resistentes a uma profundidade da ordem de 10 vezes o

dimetro da estaca. O valor de N ser a mdia dos valores obtidos nessa profundidade.

1 2

2 2

3 5

4 6

5 10

Estaca dimetro de 30 cm 6 12

( = 30 cm)

7 15

8 18

(Silte arenoso)

9 10

= 10 x

10 8

= 10 x 30 cm = 3,0 m

11 20

12 28

Profundidade (m) Valores do SPT

144

20)810(18N

C = 25 (silte arenoso)

)(tf/m N . Cq2

p )(tf/m 350 14 . 52q2

p

Os coeficientes de e , que dependem do tipo de estaca e do solo, so apresentados nas Tabelas 9.3 e 9.4.





Tabela 9.3 Valores de coeficientes .

Tipo de Solo

Tipo de Estaca

Escavada

em Geral

Escavada

com Lama

Bentontica

Hlice

Contnua Raiz

Micro

Estacas

Pr-

Moldadas

Argilas 0,85 0,85 0,30 0,85 1,00 1,00

Solos

intermedirios 0,60 0,60 0,30 0,60 1,00 1,00

Areia 0,50 0,50 0,30 0,50 1,00 1,00

Tabela 9.4 Valores de coeficientes .

Tipo de Solo

Tipo de Estaca

Escavada

em Geral

Escavada

com Lama

Bentontica

Hlice

Contnua Raiz

Micro

Estacas

Pr-

Moldadas

Argilas 0,80 0,90 1,00 1,50 3,00 1,00

Solos

intermedirios 0,65 0,75 1,00 1,50 3,00 1,00

Areia 0,50 0,60 1,00 1,50 3,00 1,00

Observao 9.3: Em relao a coeficientes de segurana para a carga admissvel das estacas,

sugere-se:

a) Para resistncia lateral: Fs = 1,3;

b) Para resistncia de ponta: Fp = 4,0.

Dessa forma, a carga admissvel das estacas ser dada por:

0,4

A . q .

3,1

. A . q . Q

ppsadm

9.2. DIMENSIONAMENTO DA SEO DA ESTACA

As estacas em geral so dimensionadas como pilares sujeitos compresso simples,

desconsiderando os efeitos de flambagem.

Pode-se prescindir desse dimensionamento, usando as capacidades mximas admitidas para

cada tipo de estaca em funo das dimenses de sua seo transversal.

Caso se queira calcular a armao usa-se a seguinte relao:





Exerccio 9.1 Determinar a capacidade de carga e a carga admissvel da estaca, nas condies apresentadas na figura, considerando as seguintes possibilidades: estaca broca sem

revestimento, estaca Strauss e hlice contnua.

1 2

2 3 Argila siltosa

3 8

4 15

5 10 Argila silto-arenosa

Estaca dimetro de 30 cm 6 18

( = 30 cm)

7 25

8 22

Silte arenoso

9 28

10 35

11 38

12 40

Profundidade (m) Valores do SPT

Soluo:

1.0) Adotando-se o Mtodo de Dcourt-Quaresma, tem-se:

ppsc A . q . . A . q . Q 2.0) Resistncia ao atrito

)(tf/m 13

Nq

2m

s

6

)181015832( mN 3,9mN adota-se 9mN

2

s tf/m4 13

9q

3.0) Resistncia de ponta

)(tf/m N . Cq2

p

N = 18 (SPT da ponta da estaca)

C = 12 tf/m2 (Tabela 9.1)

)(tf/m 18 . 21q2

p 2

p tf/m162q





4.0) rea lateral da estaca

2m 0,94 m.0,30m.1,0 m0,1.. DA

5.0) rea da ponta da estaca

222

07,04

)30,0.(

4

.m

DAp

6.0) Comprimento da estaca

= 6,0 m

7.0) Capacidade de carga e carga admissvel para estaca broca e estaca Strauss (escavada em

geral)

(argila) 0,80

(argila) 0,85

ppsc A . q . . A . q . Q

0,07 . 216 . 85,06 . 0,94 . 4 . 80,0Qc

98,1210,18Qc tf07,31Qc

tf4

98,12

3,1

10,18Qadm admQ 13,92 + 3,24

tf16,17Qadm

8.0) Capacidade de carga e carga admissvel para hlice contnua

(argila) 1,00

(argila) 0,30

ppsc A . q . . A . q . Q

0,07 . 216 . 30,06 . 0,94 . 4 . 00,1Qc

58,462,22Qc

tf2,27Qc

tf4

58,4

3,1

62,22Qadm admQ 17,40 + 1,15

tf55,18Qadm

Conclui-se, dos clculos acima, que a estaca hlice contnua desenvolve melhor o efeito de

atrito, portanto esse tipo de estaca mais eficiente para comprimentos maiores e maiores

dimetros.





Exerccio 9.2 Determinar / Dimensionar a capacidade de carga e a carga admissvel de uma estaca hlice contnua para um pilar 15cm x 30 cm e carga de 27t, para o solo mostrado no

laudo de sondagem SPT da Figura 9.1.

Soluo:





Figura 9.1 Laudo de sondagem SPT.





10.0. DIMENSIONAMENTO DE BLOCOS DE COROAMENTO EM ESTACAS E TUBULES

10.1. BLOCO PARA UMA ESTACA

Neste tipo de bloco, a carga do pilar praticamente transmitida diretamente estaca. No

entanto, nesta transmisso so aplicadas ao bloco esforos de trao e de compresso que

exigem o uso de armao.

As foras de trao sero absorvidas por estribos horizontais e a de compresso por estribos

verticais, normalmente colocados em diagonal. A tenso de trao uma parcela da tenso de

compresso.

A tenso de compresso dada pela relao:

Logo,

A fora de trao igual tenso de trao multiplicada pela rea a x d (rea lateral do

bloco).





Logo,

A rea de armao necessria (estribos horizontais) dada por:

Em que

A armao vertical calculada como se fosse um pilar de concreto armado, sem flambagem.

Assim, a taxa de armao dada pela seguinte relao:

Em que

A rea de armao dada pela seguinte relao:





Em que

Foto 10.1 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (Construtora Quartzo).

Foto 10.2 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (fundflexnine).





Exerccio 10.1 Calcular as armaes do bloco, para carga de 30 tf e uma estaca com dimetro de 25 cm.

a) Dimenses do bloco

b) Armao horizontal

Adota-se

c) Armao vertical





Adota-se





10.2. BLOCO PARA DUAS ESTACAS

Para o clculo da armao do bloco de duas estacas, em razo da sua rigidez, ser usado o

processo denominado mtodo das bielas. Neste processo, considera-se a existncia de uma trelia interna submetida a foras de trao e de compresso. A fora de trao ser absorvida

pela armao e a de compresso pelo concreto.

Para efeito da determinao da fora T, a reao ser considerada a fora nominal da estaca e

no a que realmente ocorre em funo da carga P.

O estudo do equilbrio da trelia nos fornece o

seguinte resultado:

A armao principal ser dada pela seguinte relao:





A compresso no concreto dever ser verificada tanto junto ao pilar como junto estaca.

Em primeiro lugar, verifica-se qual a menor rea, se a do pilar ou a da estaca. Essa rea ser

usada para calcular a rea Ab da biela.

A tenso de compresso na biela ser:





A tenso de compresso dever ser inferior ao limite de compresso no concreto:

Dever ser, por ltimo, verificada a tenso de cisalhamento:

A armao para estribos ser calculada para todo comprimento do bloco igual a:

Foto 10.3 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (Construtora

Quartzo).

Foto 10.4 Execuo para bloco de coroamento de 2 estacas (fundflexnine).





Exerccio 10.2 Dimensionar as armaes para o bloco a seguir:

Para a situao acima, as dimenses do bloco sero:

Arredondando-se os valores, tem-se que:





a) Armao principal

Adota-se

b) Verificao da tenso de compresso

Portanto,

c) Verificao da tenso de cisalhamento

d) Armao dos estribos





Adotando-se

Adotando-se espaamento mximo de 20 cm





10.3. BLOCO PARA TRS ESTACAS

O processo de clculo da armao desse tipo de bloco ser o mesmo usado para o bloco de

duas estacas: o mtodo das bielas.

Nos blocos de trs estacas, as armaes podem ser distribudas das estacas para o centro de

gravidade dos blocos ou paralelas aos lados do bloc.

a) Armao dirigida para o CG do bloco

Valem todas as relaes deduzidas para o bloco de duas estacas.

Em virtude das dimenses do bloco, podem ser dispensadas as verificaes de tenses de

compresso e cisalhamento, resumindo-se o clculo rea da armao principal.

b) Armao paralela aos lados





Como se pode observar pela figura anterior, as foras de trao paralelas aos lados do bloco

so menores que a calculada em relao ao CG do bloco. Para facilitar o clculo e a favor da

segurana, pode-se adotar a mesma armao calculada pela relao j vista anteriormente.

Foto 10.5 Execuo para bloco de coroamento de 3 estacas (Rossi Bizerris).



Foto 10.8 Bloco de coroamento de 3 estacas.






Adotam-se

Adota-se

Para fixar as armaes principais na posio, deve-se prever um anel superior e um inferior de

12,5 mm.





10.4. BLOCO PARA QUATRO ESTACAS

Neste caso tambm possvel adotar-se dois posicionamentos para as armaes dirigidas para

o CG ou paralelas aos lados do bloco.

As traes no primeiro caso, como j mostrado, so maiores que no segundo caso. Aqui

tambm, para facilitar o clculo e a favor da segurana, ser adotada a armao calculada no

primeiro caso.

So dispensadas, tambm, as verificaes das tenses de compresso e cisalhamento.

Foto 10.9 Execuo para bloco de coroamento de 4 estacas.







Adotam-se

Adota-se





Pode-se, no caso de bloco sobre quatro estacas, adotar uma armao em malha. Neste caso, a

armao necessria de 8,2 cm2 ser distribuda ao longo de toda a largura do bloco.

Por exemplo, adotando-se uma bitola de 10 mm (A1= 0,7 cm2), o nmero de barras seria:

O espaamento de barras seria:





10.5. ARMAO DE BLOCOS COM MAIS DE 4 ESTACAS

Neste caso, as armaes sero sempre em malha e calculadas para duas direes.

Por exemplo:






a) Dimenses do bloco

So adotadas 6 estacas, para 20 tf ( = 25 cm)

Convm adotar a altura do bloco igual distncia da estaca mais afastada do CG do bloco.





a) Armao na direo x

Adotando-se

b) Armao na direo y

Adotando-se





Observaes:

O arranque dos pilares calculado em 44 dimetros;

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