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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
Estudo das fundações em estacas: tipos, cálculo, cuidados, execução.
Vitor Grecco Saves
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade Federal de São Carlos como parte dos requisitos para a conclusão da graduação em Engenharia Civil Orientador: Prof. Dr. Jasson R. de Figueiredo Filho
São Carlos 2011
DEDICATÓRIA
AOS MEUS PAIS, MAURILIO SAVES E ELIANE APARECIDA
GRECCO SAVES, AO MEU IRMÃO, MAURILIO SAVES JUNIOR E
AO MEU AVÔ ORLANDO GRECCO (IN MEMORIAN).
AGRADECIMENTOS
AOS MEUS FAMILIARES, PELO INCENTIVO, DIRETO E INDIRETO, E CONFIANÇA EM MIM
DEPOSITADOS DURANTE ESTA JORNADA PARA OBTENÇÃO DO TÍTULO DE ENGENHEIRO CIVIL.
AOS COMPANHEIROS E AMIGOS DA CIDADE DE FERNANDÓPOLIS-SP, ESPECIALMENTE
AOS ASSOCIADOS DO GRÊMIO DESPORTIVO MANDIOCA UNITED STARS, COM OS QUAIS
COMPARTILHO ESTA GRADUAÇÃO.
À REPÚBLICA DOMINAKANA DA CIDADE DE OURO PRETO-MG E AOS AMIGOS QUE POR
LÁ FIZ, ESPECIALMENTE AO ZÉ DA KANA, JOHN, LINDÃO, ATHOS, AJUIZADO, CÁSSIO,
CAMBRAIA, DA LUA, LUTINHO, CABRON, CÉSAR E MANEZÃO, COM OS QUAIS COMPARTILHO
ESTA GRADUAÇÃO.
À REPÚBLICA QUASE DEZ DA CIDADE DE SÃO CARLOS-SP E AOS AMIGOS QUE POR
AQUI FIZ, ESPECIALMENTE AO BUDA, MONO, FIO, BOLA, GPS, PREDA, FHC, CALADO,
SIMPLE RICK, SUVACO, SORRISO, CHILENO, CHILENÃO, GÁ, GALÃ, DAVIDS, JUNIN, SUDOKU
E POR ULTIMO, PORÉM NÃO MENOS IMPORTANTE, À NOSSA SECRETÁRIA DO LAR MIRTES, COM
OS QUAIS COMPARTILHO ESTA GRADUAÇÃO.
AO PROF. DR. JASSON R. DE FIGUEIREDO FILHO, PELO AUXÍLIO E ORIENTAÇÃO
DURANTE A ELABORAÇÃO DESTE TRABALHO.
RESUMO
Trata-se de um trabalho descritivo do estado atual de tecnologia e ciência na área de fundações em estacas, especialmente as produzidas em concreto armado. O capítulo introdutório reflete acerca das definições de fundações e dos tipos de estacas disponíveis para execução no Brasil. O segundo capítulo foi destinado ao estudo do solo através da sondagem a percussão Standard Penetration Test (SPT), descrevendo os conceitos, técnicas, procedimentos e equipamentos utilizados. Na sequência, através do capítulo três, foram expostos os métodos teóricos para areias e argilas, e os métodos semiempíricos de Aoki e Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978) e Teixeira (1996), utilizados para cálculo das fundações. O quarto capítulo descreve aspectos e fatores que resultam em recalques diferenciais, causadores de patologias.
Palavras-chave: Estacas, Fundações, Standard Penetration Test, SPT.
ABSTRACT
ABSTRACT
It is a work descriptive of the current state of technology and science in the field of foundations on piles, especially those produced in concrete. The introductory chapter reflects on the foundations and definitions of types of cuttings available to run in Brazil. The second chapter was destined for the soil survey by the percussion Standard Penetration Test (SPT), describing the concepts, techniques, procedures and equipment used. Following through chapter three, the theoretical methods have been exposed to sand and clay, and semiempirical methods of Aoki and Velloso (1975), Décourt-Quaresma (1978) and Teixeira (1996), used for calculation of foundations. The fourth chapter describes aspects and factors that result in differential settlements that cause diseases. Key-words: Stakes, Foundations, Standard Penetration Test, SPT.
SUMÁRIO
1. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA ............................................................................... 1
1.1 IMPORTÂNCIA DO PROJETO NO CONTEXTO ATUAL .............................. 1
1.2 OBJETIVOS ............................................................................................................. 1 1.2.1 Detalhamento dos Objetivos ................................................................................... 1
1.3 JUSTIFICATIVA ..................................................................................................... 2
1.4 METODOLOGIA ..................................................................................................... 2
2. FUNDAÇÕES .................................................................................................................... 3
2.1 TIPOS DE ESTACAS .............................................................................................. 4 2.1.1 Estacas de Madeira ................................................................................................. 4 2.1.2 Estacas Metálicas .................................................................................................... 5
2.1.3 Estacas Pré-Moldadas de Concreto Armado .......................................................... 6 2.1.4 Estacas Franki ......................................................................................................... 7 2.1.5 Estacas Strauss ........................................................................................................ 8 2.1.6 Estacas Mega .......................................................................................................... 9
2.1.7 Estacas Raiz .......................................................................................................... 10 2.1.8 Estacas Tipo Broca ............................................................................................... 11 2.1.9 Estacas Apiloadas ................................................................................................. 11
2.1.10 Estacas Tipo Hélice Continua........................................................................... 12 2.1.11 Estacas Barrete ................................................................................................. 13
2.1.12 Estacas de Grande Diâmetro............................................................................. 14
2.2 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO .................................................... 15
3. SONDAGEM DO SOLO ................................................................................................. 16
3.1 GENERALIDADES ............................................................................................... 16
3.2 STANDART PENETRATION TEST - SPT ........................................................ 16 3.2.1 Definições ............................................................................................................. 16 3.2.2 Equipamentos ....................................................................................................... 17
3.2.3 Procedimentos ...................................................................................................... 20
3.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO ................................................... 23
4. MÉTODOS DE CÁLCULO ............................................................................................ 25
4.1 ELEMENTO DE FUNDAÇÃO POR ESTACA .................................................. 25
4.2 CAPACIDADE DE CARGA ................................................................................. 25
4.3 MÉTODOS TEÓRICOS ........................................................................................ 27 4.3.1 Estacas em Argila ................................................................................................. 28 4.3.2 Estacas em Areia .................................................................................................. 29
4.4 MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS ........................................................................... 30 4.4.1 Método Aoki-Velloso (1975) ............................................................................... 30 4.4.2 Método Décourt-Quaresma (1978) ....................................................................... 32 4.4.3 Método Teixeira (1996) ........................................................................................ 34
4.5 CARGA ADMISSÍVEL ......................................................................................... 35 4.5.1 Carga de Catálogo ................................................................................................ 37
4.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO .................................................... 37
5. PATOLOGIAS ................................................................................................................. 38
5.1 REQUALQUE DIFERENCIAL ........................................................................... 38
5.2 BULBO DE TENSÕES .......................................................................................... 39
5.3 SOLOS HETEROGÊNEOS .................................................................................. 40
5.4 ATRITO NEGATIVO ............................................................................................ 42 5.4.1 Amolgamento ....................................................................................................... 42
5.4.2 Sobrecarga devido à Aterro .................................................................................. 43 5.4.3 Peso Próprio do Solo ............................................................................................ 44
5.5 CARREGAMENTO ASSIMÉTRICO ................................................................. 44
5.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO .................................................... 46
6. CONCLUSÃO .................................................................................................................. 47
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................... 49
1
1. APRESENTAÇÃO DO PROBLEMA
Será objeto de análise principal deste trabalho a interação solo/estacas, bem como
os aspectos técnicos e condições físicas impostas pelo solo, com a finalidade de melhor
compressão e previsão de como este conjunto trabalhará quando for executada a obra.
1.1 IMPORTÂNCIA DO PROJETO NO CONTEXTO ATUAL
Diversas patologias existentes em algumas edificações são devidas há problemas
nas fundações, o que prejudica o desempenho da estrutura de um modo geral e em alguns
casos podendo levar à ruína. Isto ocorre por falhas de projeto, relativamente à concepção
estrutural, a cálculos errôneos e execuções incorretas das estacas, por isso o estudo de tal
patologia, resultante de variáveis que englobam as fundações em estacas, torna-se
justificável.
1.2 OBJETIVOS
Este trabalho tem como principal objetivo a produção de um texto com a finalidade
ilustrativa de como pode ser escolhido o tipo de estaca de acordo com o solo no qual será
realizada a construção da edificação.
1.2.1 DETALHAMENTO DOS OBJETIVOS
Para a concretização deste objetivo alguns objetivos específicos serão considerados,
e estas especificidades serão listadas abaixo em tópicos.
Revisão bibliográfica de trabalhos relacionados à fundação em estacas, tendo como
foco a interação solo-fundação, abordando principalmente estacas em concreto
armado.
Estudo da metodologia de cálculo, considerações e modelos matemáticos que
possam servir de base para escolha da estaca.
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1.3 JUSTIFICATIVA
Durante a história da humanidade pode-se encontrar algumas tragédias que só
aconteceram devido a uma escolha equivocada da tipologia da fundação da edificação ou
então por alguns aspectos do solo não terem sido considerados durante a fase de projeto.
Problemas com patologias nas edificações podem ser encontrados com certa
frequência e causam desconforto e inconveniências aos usuários. Tais patologias podem
ocorrer devido a um erro de cálculo, profundidade da fundação não satisfatória e por carga
excessiva conduzida por uma estaca inadequada ao solo.
Além de fazer com que o empreendimento tenha um desempenho estrutural não
satisfatório, erros de projeto provocam gastos extras e por vezes maiores do que seria em
um projeto adequado por causa de correções futuras necessárias.
Mantendo o foco na prevenção deve-se rastrear a origem do problema a fim de
solucioná-lo, por isso a confecção de um material teórico objetivo que traga a realidade
prática através de exemplos inseridos neste contexto e que facilite a interiorização das
técnicas e conceitos relativos a fundações em estacas pode ser uma excelente ferramenta
de formação de profissionais capacitados.
1.4 METODOLOGIA
Para conclusão efetiva e satisfatória dos objetivos propostos anteriormente, algumas
atividades serão desenvolvidas e serão divididas em:
Revisão Bibliográfica: Através do estudo de pesquisas e trabalhos que englobam o
tema deste trabalho, pretende-se, por meio da compreensão e entendimento dos
aspectos técnicos e teóricos, desenvolver capacidade para a produção de textos
descritivos, que ilustrem o estado atual da arte de fundações em estacas.
Análise teórica do conjunto estaca/solo: Durante a revisão bibliográfica um
aspecto que irá ser analisado atenciosamente será o comportamento desempenhado
pelas estacas em conjunto com o solo.
Estudo de trabalhos desenvolvidos sobre edificações existentes: A análise de
trabalhos realizados sobre edificações que possuem o sistema de fundação em
estacas possibilitará a contextualização prática da teoria.
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2. FUNDAÇÕES
Um dos principais elementos de uma construção seja ela de pequeno ou de grande
porte é a sua fundação. A fundação - todo elemento de infraestrutura de uma edificação - e
neste caso entende-se como infraestrutura os elementos estruturais que estão envoltos pelo
maciço de solo sobre o qual está apoiada a superestrutura, é a etapa inicial no processo
executivo da construção, porém nos escritórios de cálculo estrutural corresponde a última
etapa de cálculo, pois para que seja possível a sua concepção e dimensionamento, todas as
variáveis que compõem o complexo de esforços gerados pelo peso próprio da estrutura,
cargas permanentes, cargas acidentais, local onde a edificação estará inserida e as
condições e riscos aos quais a edificação estará exposta devido a essa localização –
intensidade e direção dos ventos, clima e temperatura, probabilidade de terremoto – e,
também, o tipo de solo, suas propriedades físicas e nível do lençol freático, do local devem
ser conhecidas, qualificadas e quantificadas, isto porque o papel, essencialmente,
desempenhado pela fundação é transmitir todos esforços verticais e horizontais, assim
como os momentos fletores para o maciço de solo.
Todas as variáveis citadas acima representam grande importância no projeto de
fundações, no entanto se fosse necessário eleger uma principal ou de maior importância,
provavelmente a variável escolhida seria o tipo de solo e é exatamente esta em que,
atualmente, encontra-se maior dificuldade de prever, com exatidão, o comportamento, por
isso faz-se necessário o uso do bom senso, prudência e que o profissional responsável pelo
projeto de fundação tenha muita visão e tato, pois as patologias geradas na superestrutura
por falhas na fundação podem ser graves e quando se evidencia a demanda para correção,
depois de construída, os custos envolvidos para reforma ou reforço são altos. Desta forma,
pode-se concluir que a etapa correspondente às fundações não é uma fase em que se deva
buscar, inicialmente, economia.
Outra fase, que ocorre posteriormente à etapa de concepção e dimensionamento do
projeto de fundação, é a etapa de execução do que foi projetado, ou seja, através do uso de
tecnologias, processos executivos e operacionais, busca-se construir um conjunto de
fundação conforme foi projetado.
De acordo com Assunção (2005) a representatividade de falhas referentes à
execução do projeto é relevante, por isso um planejamento metódico, segundo cronogramas
físicos das atividades envolvidas, e o controle rígido da qualidade durante o
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desenvolvimento dessas atividades devem ser implantados nesta etapa visando à
neutralização ou redução das patologias geradas por tais falhas.
Desenvolvidos tais conceitos iniciais a respeito do projeto, concepção e cálculo,
execução e a possibilidade de patologias decorrentes de falhas durante essas duas etapas,
pode-se seguir com a classificação dos tipos de fundações.
As fundações podem ser classificadas segundo sua profundidade de apoio,
elementos estruturais utilizados e são divididas em superficiais e profundas. As fundações
superficiais tem como limite o apoio em profundidades iguais ou menores do que três metros
em relação à cota de origem do terreno e podem ser executadas na forma de radiers,
baldrames, sapatas corridas e sapatas isoladas. As fundações profundas têm suas
profundidades de apoio maiores do que três metros, também relativos à cota original do
terreno, e podem ser executadas com estacas, tubulões e caixões.
Neste trabalho serão abordados apenas conceitos, tecnologias, métodos de cálculo,
patologias e exemplos referentes às fundações profundas em estacas, com foco maior nas
estacas em concreto armado, assim como as sondagens de solo envolvidas.
2.1 TIPOS DE ESTACAS
A gama diversificada de tecnologias, matérias-primas, imposições técnicas
resultantes e variantes de acordo com o tipo de solo demanda, também, variedade e
possibilidades diferentes que se adaptem melhor ao projeto de fundação. Atualmente o
mercado que presta serviço ao subsetor de fundações, especificamente em estacas,
disponibiliza boa diversidade de elementos estruturais deste tipo.
As estacas diferem-se entre si basicamente pelo material utilizado e método
executivo, que deve compatibilizar prescrições de projeto e condições de execução. Os tipos
de estacas existentes são as de madeira, metálicas, pré-moldadas em concreto armado e
moldadas in loco em concreto armado.
2.1.1 ESTACAS DE MADEIRA
Segundo Multisolos (1993) as estacas de madeira são troncos de árvores
processados e tratados de modo que tenham o comprimento desejado ou modulado
conforme o projeto. São executadas através de um processo de cravação com bate-estacas
e possuem a limitação de só poderem ser executadas submersas ao nível d’água.
Este tipo de estaca destaca-se pelo baixo custo de aquisição, relativa agilidade no
transporte e manuseio, assim como a facilidade para corte e emenda e ótima durabilidade
sob o nível d’água.
5
Em contrapartida, como se trata de um bem de consumo primário pode,
eventualmente, dependendo do local de realização do empreendimento, ser difícil obtê-la,
não sendo viável sua utilização, pois o alto custo de frete até o canteiro seria uma barreira
financeira considerável. Não pode ser executada em locais nos quais o nível d’água não for
permanente ou caso não for possível sua completa submersão, porque caso essas
situações vigorem, por ser suscetível aos ataques por micro-organismos, sua capacidade
estrutural e sua durabilidade seriam comprometidos e como correção para tal situação
verificar-se-ia a necessidade de tratamento da madeira, o que acarreta em maiores custos.
Outro fator que resulta na diminuição do seu uso é a capacidade de carga relativamente
menor do que outros tipos de estacas.
Figura 1. Estacas de Madeira. Fonte: www.cirneinformatica.com.br
2.1.2 ESTACAS METÁLICAS
Assim como as estacas de madeira, as estacas metálicas têm como um de seus
aspectos positivos a facilidade no transporte e manuseio, tanto na emenda quanto no corte.
Este tipo de estaca demonstra excelente desempenho estrutural, seu comportamento em
esforços de compressão, tração e absorção de cargas horizontais é muito bom. Durante o
seu processo de execução, através de cravação, os elementos estruturais apresentam boa
resistência aos impactos enérgicos do martelo de bate-estacas, por isso sua penetração ao
solo ocorre de maneira relativamente fácil e causam poucas vibrações, o que ajuda a
viabilizar o projeto, pois quando há edificações vizinhas antigas, residenciais ou muito
próximas ao empreendimento e a execução da estaca resulte em magnitudes altas de
vibrações o projeto pode-se tornar inviável.
Contudo, o seu alto custo de aquisição restringe o seu uso e diminui a frequência de
utilização deste tipo de estaca. Outro indicador desfavorável à sua utilização é o fato de
perder qualidade de desempenho e durabilidade quando expostas à águas agressivas e
6
solos corrosivos, como por exemplo pântanos e solos contaminados. Em argilas moles,
durante sua execução através da cravação das estacas, se existirem pedregulhos graúdos
ou seixos, a manutenção da verticalidade torna-se difícil, por isso para este tipo de solo as
estacas metálicas não são a melhor opção.
Figura 2. Estacas Metálicas. Fonte: www.jmestaq.com.br
2.1.3 ESTACAS PRÉ-MOLDADAS DE CONCRETO ARMADO
As estacas pré-moldadas de concreto armado, por serem produtos industrializados,
produzidos em fábricas, ou mesmo pré-moldados in loco, têm como aspectos positivos a
garantia de qualidade da estaca e precisão geométrica. Além disso, pode ser fabricada
modularmente, pois há a possibilidade de emenda e a capacidade de carga é boa. Favorece
a capacidade de carga de solos não coesivos, porque seu processo de execução, cravação,
ajuda na compactação do solo e reduz recalques.
Pode-se dizer que este tipo de estaca seja um tipo de estaca paradoxal, pelo motivo
de que alguns fatores que favorecem a sua utilização serem os mesmos que torne onerosa
e dificultem sua execução; Como sua produção não ocorre no local onde será implantada é
necessário que seja prevista em cálculo armaduras para transporte e suspensão. Suas
dimensões, seção transversal e comprimento, têm limitações devido à relação que seu peso
próprio tem com o transporte e implantação das estacas, isso porque estacas muito pesadas
inviabilizariam o transporte, que representa alto custo operacional, e no Brasil, em geral, os
guindastes disponíveis não suportariam estacas com peso muito elevado. Outro fator
paradoxal é a compactação de solos não coesivos através da cravação, pois com o
aumento da compacidade do solo a dificuldade de cravação de estacas sucessoras também
aumenta, gerando vibrações de alta magnitude.
Outros fatores negativos que estas estacas apresentam são a suscetibilidade a
deterioração se a água do lençol freático contiver sulfatos ou ácida, dificuldade de manuseio
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relevante e, em consequência da cravação de estacas de seção cheia, há um grande
deslocamento de solo.
Figura 3. Estacas pré-moldadas em concreto armado. Fonte: arquivo pessoal.
2.1.4 ESTACAS FRANKI
Há dois tipos de estacas de concreto armado, um deles, estacas pré-moldadas, foi
citado acima, o outro tipo são as estacas moldadas in loco e para este tipo de estaca
existem diversos tipos, diferenciando-se entre eles o processo de execução. A estaca Franki
é um desses tipos e são executadas com o lançamento de concreto em perfurações
previamente executadas no terreno, através de cravação de tubo de ponta fechada, que é
retirado posteriormente à concretagem. O fechamento pode ser feito no inicio da cravação
do tubo ou em etapa intermediária, por meio de material granular ou peça pré-fabricada de
aço ou de concreto.
Este tipo de estaca apresenta boa qualidade de execução e permite o controle desta
execução. Por ser uma estaca de concreto armado possui alta capacidade de carga e o
processo de cravação compacta solos coesivos. O fechamento do tubo, citado
anteriormente, exclui a influência do nível d’água do lençol freático e o seu comprimento
pode ser ajustado de acordo com a variação do nível da camada resistente.
Por outro lado, mesmo que seu comprimento possa ser ajustado, há limitações e por
seu processo de execução ser feito através de cravação há vibração resultante no solo e,
ainda, durante a cravação do revestimento é necessário que se tenha cuidados para que as
estacas adjacentes não sejam danificadas, existe a possibilidade da cravação de uma
estaca provocar o levantamento de estacas adjacentes, sendo que o recomendado é que as
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estacas sucessoras só devem ser executadas quando o concreto das antecessoras
adjacentes endurecer. Pode ocorrer estrangulamento, quando o lançamento do concreto
enrosca no tubo e há diminuição da seção transversal, o que é agravado em razão desse
tipo de estaca não admitir grandes diâmetros.
Figura 4. Estaca Franki. Fonte: www.geodactha.com.br
2.1.5 ESTACAS STRAUSS
As estacas tipo Strauss foram projetadas, inicialmente, como alternativa às estacas
pré-moldadas cravadas por percussão devido ao desconforto causado pelo processo de
cravação, quer quanto à vibração ou quanto ao ruído. Trata-se de uma variante das estacas
tipo Franki, sendo diferenciadas pelo processo de execução. O processo de execução das
estacas Strauss consiste na retirada de terra com sonda ou piteira e, simultaneamente,
introduzir tubos metálicos rosqueáveis entre si, até atingir a profundidade desejada e
posterior lançamento de concreto com apiloamento e retirada da tubulação.
Por utilizar equipamento leve esse processo não apresenta vibrações e trepidações
em prédios vizinhos, o que facilita a sua utilização. As possibilidades desse processo
abrangem a execução da estaca com o comprimento de projeto, a verificação durante a
perfuração da presença de corpos estranhos no solo, por exemplo, matacões, permitindo a
mudança de locação da estaca antes da concretagem e evitando custos adicionais gerados
pela produção e execução de uma nova estaca. Permite, ainda, a fiscalização, através de
uma comparação dos dados obtidos pela sondagem do solo com o que está sendo retirado
do maciço. A alta mobilidade do equipamento permite a execução desse tipo de estaca em
terrenos pequenos, situação muito encontrada em grandes cidades onde o solo é muito
valorizado.
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Contudo, este tipo de estaca demonstra baixo desempenho quando o esgotamento
da água no furo feito por uma sonda for insuficiente, por isso sua utilização em níveis
profundos de lençol freático não é recomendado. Em argilas muito moles saturadas e em
areias submersas há o risco de seccionamento do fuste pela probabilidade alta de entrada
de solo. Um controle metódico e rigoroso durante a retirada do tubo deve ser aplicado,
porque a maior ocorrência de falhas com esta estaca ocorre neste momento.
Figura 5. Execução de uma estaca Strauss. Fonte: www.mrsondagens.com
2.1.6 ESTACAS MEGA
Estas estacas são formadas pela superposição de pequenos segmentos de
elementos pré-moldados de concreto ou perfis metálicos. É executada através da cravação
dos elementos com auxílio de um macaco hidráulico e é muito utilizada para reforços em
fundações já existentes ou correção de desaprumos originados por recalques diferenciais.
Por serem executadas com macacos hidráulicos esta estaca é recomendada para locais de
difícil acesso ao humano ou/e para locais onde se deseja evitar vibrações no solo e,
consequentemente, nas fundações já existentes.
Figura 6. Estacas Mega. Fonte: www.estacasforte.com.br
10
Figura 7. Execução de estacas Mega. Fonte: www.refortfundacoes.com.br
2.1.7 ESTACAS RAIZ
O processo executivo deste tipo de estaca consiste na perfuração por rotação com
revestimento contínuo do furo e com auxílio de um fluído em circulação (geralmente água).
O revestimento penetra no maciço de solo e os vários segmentos são rosqueados uns aos
outros até que a profundidade desejada seja alcançada. Quando há a necessidade de
perfuração de rocha, a perfuração é realizada com um martelo de fundo a roto-percussão.
Após executado o furo com o diâmetro de projeto, que para esta estaca varia entre 8 a 45
cm, executa-se a armadura e o lançamento do concreto.
Inicialmente estas estacas foram desenvolvidas basicamente para o reforço de
fundações. No entanto, recentemente devido aos avanços das técnicas executivas e do
conhecimento sobre o comportamento do solo tornou-se possível aumentar a capacidade de
carga e a produtividade deste tipo de estaca.
Alguns fatores positivos a respeito deste tipo de estaca devem ser citados, como por
exemplo, a alta capacidade de carga com recalques reduzidos, possibilidade de execução
em locais de difícil acesso e em direções especiais, e também não há perturbação da
vizinhança por não apresentar vibrações.
Figura 8. Execução de estaca Raiz. Fonte: www.metro.sp.gov.br
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2.1.8 ESTACAS TIPO BROCA
Este tipo de estaca é executada com trado manual ou mecânico, sem uso de
revestimento, até que se alcance a profundidade desejada. O seu uso limita-se a
profundidades acima do nível d’água, ou então, se o furo puder ser seco antes da
concretagem.
Pode-se citar como fatores positivos desse tipo de estaca o seu baixo custo de
produção e execução, a facilidade de executá-la, não sendo necessário o uso de
equipamentos onerosos e mão-de-obra especializada e seu processo de execução não
produz vibração.
No entanto, sua capacidade de carga é reduzida e há limitação quanto a sua
profundidade, não sendo recomendada sua execução para profundidades maiores do que 6
metros.
Figura 9. Execução de estaca tipo Broca. Fonte: www.diario-de-obra.blogspot.com
2.1.9 ESTACAS APILOADAS
Para a execução deste tipo de estacas utilizam-se soquetes para escavação do solo
através de apiloamento, por isso o seu nome de estacas apiloadas. Posteriormente a
escavação lança-se o concreto no furo feito pelo soquete. Ainda não há estudos que
determinem cientificamente a sua capacidade de carga, porém estima-se que estacas desse
tipo podem suportar solicitações na ordem de 90 tf (tonelada-força).
Recomenda-se o uso desta estaca em solos porosos e de baixa resistência, contudo
só é possível o seu uso em profundidades acima do lençol freático.
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Figura 10. Soquete para execução de estacas Apiloadas. Fonte: www.dicionariogeotecnico.com.br
2.1.10 ESTACAS TIPO HÉLICE CONTINUA
Como sugere o nome, esta estaca é executada através da cravação da hélice no
solo com trado continuo, aplicando torque adequado à resistência do solo, e lançamento de
concreto, sob pressão pela haste central do equipamento, simultâneo a retirada do trado.
Neste caso a armadura é colocada somente após a concretagem, porém de forma
imediata, antes da pega do concreto.
Pela continuidade do processo o uso desta estaca é possível em solos coesivos e
arenosos em profundidades que atinjam ou não o lençol freático, porque desta forma não
ocorre alívio significativo no terreno que permita o desmoronamento do furo ou infiltração de
água.
Os fatores positivos que merecem destaque para este tipo de estacas consistem na
não provocação de vibrações no solo, sua alta produtividade quando há padronização nos
diâmetros das estacas, ou seja, quando em projeto é previsto estacas de diâmetros iguais e
não há a necessidade de alternância de diâmetros do trado a velocidade de produção
estacas é alta e pode ser utilizada na maioria dos solos, exceto quando há presença de
matacões.
As restrições do uso dessa estaca são a necessidade de que o terreno seja plano, ou
então execução prévia de terraplanagem, devido ao tipo e porte do equipamento, além
disso, por tratar-se de concretagem bombeada e simultânea a cravação da hélice no solo, a
central de produção de concreto deve estar próxima ao equipamento para garantir a
produtividade do processo, assim como o numero de estacas deve ser suficientemente alto
para justificar a mobilização dos equipamentos, que são onerosos.
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Figura 11. Execução de estacas tipo Hélice Contínua. Fonte: www.geodactha.com.br
2.1.11 ESTACAS BARRETE
O processo executivo deste tipo de estaca é realizado através de escavação do solo
e posterior concretagem, ou seja, através do uso de uma camisa guia de escavação, que é
conhecida como Clamshell, e completando o furo de escavação com lama. A execução da
estaca é seguida pelo posicionamento da armadura e controle da pressão interna do furo
com ar comprimido, desta forma a lama usada é retirada e acrescentada uma lama nova ao
furo. Com tais procedimentos iniciais realizados, iniciam-se os procedimentos para a
concretagem, ou seja, é feita a colocação do tubo de concretagem e instalação da bomba
de submersão, e quando finalizados estes procedimentos é possível o lançamento do
concreto ao furo. Terminada a concretagem, procede-se o aterro da parte superior e da
retirada da camisa guia.
As vantagens inerentes ao uso desta tipologia de estaca consistem em uma
execução sem vibração e ruídos, devido ao processo executivo de escavação, a
possibilidade de atravessar camadas do solo de grande resistência devido às ferramentas
de escavação e por tratar-se de um processo mecanizado sua execução é rápida. Com o
uso desta estaca é possível atingir grandes profundidades de cota de apoio e resistir à
grandes cargas solicitantes com um único elemento de fundação, reduzindo deste modo o
volume dos blocos.
Contudo, seu processo executivo mecanizado que envolve equipamentos de locação
ou aquisição onerosos torna o seu uso inviável para edificações de pequeno ou médio porte,
sendo indicada para obras de grande porte.
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Figura 12. Execução com camisa guia da Estaca Barrete. Fonte: www.tenge2007.blogspot.com
2.1.12 ESTACAS DE GRANDE DIÂMETRO
As estacas de grande diâmetro são caracterizadas por serem estacas de concreto
armado moldado in loco com um processo executivo de escavação de solo.
Inicialmente o processo dá-se pela execução das camisas-guia que servem como
balizamento para as estacas. A escavação do furo é acompanhada pela inserção
progressiva da lama bentonítica no furo que é escavado com trado mecânico, o que
caracteriza a mecanização do processo. Antes do início da instalação da gaiola de armação
é realizada a limpeza do furo retirando a lama usada e detritos e acrescentando lama nova
no furo. Desta forma, procede-se com a instalação da gaiola de armação que deve ser feita
cuidadosamente garantindo espessuras de cobrimento e fixação à camisa-guia. Com auxílio
de bombas de submersão segue-se a execução com a etapa de lançamento do concreto
através de um tubo central de concretagem.
As vantagens e desvantagens inerentes ao uso desta tipologia de estaca são
semelhantes aos fatores considerados para as estacas barrete, por serem semelhantes,
também, em seu processo construtivo.
Figura 13. Execução de estacas de Grande Diâmetro. Fonte: www.revistafundacoes.com.br
15
2.2 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO
De modo geral a escolha do tipo de estaca deve-se basear na localização do
empreendimento, na tipologia da estrutura e os esforços envolvidos, no tipo de solo e nas
suas condições para uso, considerar o processo executivo e os equipamentos que estão
envolvidos assim como sua disponibilidade. Para a viabilidade do projeto de fundações faz-
se necessário um estudo da relação custo/benefício das estacas que possam ser utilizadas.
Os solos com matacões, informação retirada do relatório de sondagem do solo,
devem ser evitados, pois torna onerosa a execução por escavação ou pode causar danos
estruturais nos elementos por fundações quando executadas por cravação. Ainda relativo às
estacas escavadas é muito importante que seja monitorado o furo quanto ao
desmoronamento do solo para dentro do furo.
16
3. SONDAGEM DO SOLO
3.1 GENERALIDADES
A qualidade do projeto de fundação depende, entre outros fatores, do conhecimento
do solo no qual o projeto será desenvolvido. Através de sondagens e ensaios do maciço
obtêm-se as propriedades físicas, químicas e mecânicas do solo, além da profundidade do
nível d’água. Os resultados obtidos permitem classificar o tipo do solo e a partir disto
começar a triagem de quais tipos de fundações podem ser executadas e definir quais as
correlações que serão feitas.
Atualmente, no Brasil, o método de ensaio e sondagem de solo mais utilizado é o
Standard Penetration Test (SPT), por envolver tecnologias relativamente simples e boa
coerência e confiabilidade dos resultados, isto porque sua execução é regulamentada e
deve ser feita de acordo com normas brasileiras. A norma brasileira que rege o ensaio SPT
é a norma NBR-6484/2001. O ensaio consiste na coleta de solo através de perfuração inicial
de 55 cm e cravação final de 45 cm a cada metro, segregando o solo em camadas de 1
metro e suas respectivas propriedades, durante a execução anote-se o número necessário
para cravação dos últimos 30 cm.
3.2 STANDART PENETRATION TEST - SPT
3.2.1 DEFINIÇÕES
De acordo com a ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT),
para melhor compreensão do que será exposto e explanado sobre as técnicas envolvidas na
execução e índices obtidos, será definido previamente os termos e expressões que serão
utilizadas.
SPT: forma abreviada de Stantard Penetration Test
N: letra que representa o índice de resistência à penetração do SPT, que é
aferido através do número de golpes, posteriores a cravação inicial de 15 cm,
necessários para cravação de 30 cm do amostrador padrão.
Solos Grossos: solos em que a fração predominante dos grãos é visível a
olho nu, abrangendo as areias e os pedregulhos.
17
Solos Finos: pela contradição lógica na nomenclatura, nestes solos não é
possível a distinção da fração predominante dos grãos a olho nu e
correspondem às argilas e aos siltes.
Solos Orgânicos: trata-se dos solos que contêm quantidade significativa de
matéria orgânica e usualmente têm a coloração escura.
Plasticidade: característica dos solos finos argilosos que corresponde às
deformações permanentes, sem que ocorra ruptura, fissuramento ou variação
apreciável de volume.
3.2.2 EQUIPAMENTOS
A ABNT prescreve em documento normativo, NBR 6484/2001, os equipamentos
necessários para realização do ensaio SPT. Os equipamentos utilizados estão listados e
descritos abaixo.
Torre com roldana: torre para auxílio nas manobras com hastes ou tubos de
revestimento.
Tubos de revestimento: devem ser de aço, com diâmetro nominal interno 63,5
mm e externo 76,1 mm com erro associado de 5 mm para mais ou para
menos, podendo ser emendados por luvas, com comprimentos de 1,00 m
e/ou 2,00 m.
Composição de perfuração: o conjunto com o amostrador-padrão deve ser
constituído de hastes de aço com diâmetro nominal interno 25 e peso teórico
de 32 N/m, acopladas por roscas e luvas atarraxadas, de modo que forme um
conjunto variável em 1 m e/ou 2 m.
Figura 14. Amostrador-padrão. Fonte: www.tectools.com.br
18
Trado-concha: deve ter diâmetro de (100 ± 10) mm.
Figura 15. Trado-concha. Fonte: www.viatest.com.br
Trado helicoidal: o diâmetro do trado helicoidal, de dimensão mínima de 56
mm, deve ser tal de forma que haja um espaço entre o trado e a parede
interna do tubo de revestimento e essa distância deve estar compreendida
entre 5 mm e 7 mm, para permitir que o amostrador-padrão desça livre dentro
da perfuração.
Figura 16. Trado helicoidal. Fonte: www.tracom.com.br
Trépano ou peça de lavagem: este equipamento deve ser de aço com
diâmetro nominal 25, terminada em bisel e dotada de duas saídas laterais
para água. A distância entre os orifícios de saída da água e a extremidade em
forma de bisel deve ser no mínimo de 200 mm e no máximo de 300 mm.
19
Figura 17. Trépano de lavagem. Fonte: NBR 6484/2001
Cabeça de bater: equipamento que receberá o impacto do martelo, deve ser
constituída por tarugo de aço de (83 ± 5) mm de diâmetro, (90 ± 5) mm de
altura e massa nominal entre 3,5 kg e 4,5 kg.
Martelo padronizado: utilizado para cravar os tubos de revestimento e de
composição de hastes com amostrador, deve consistir em uma massa de
ferro de forma prismática ou cilíndrica, tendo encaixado, na parte inferior, um
coxim de madeira dura, perfazendo um total de 65 kg. O martelo pode ser
maciço ou vazado, quando maciço deve ter uma haste-guia de 1,20 m de
comprimento fixada à sua face inferior, no mesmo eixo de simetria
longitudinal, a fim de assegurar a centralização do impacto na queda; esta
haste-guia deve ter uma marca visível distando de 0,75 m da base do coxim
de madeira, e quando o martelo for vazado deve ter um furo central de 44 mm
de diâmetro, sendo que, neste caso, a cabeça de bater deve ser dotada, na
sua parte superior, de uma haste-guia de 33,4 mm de diâmetro e 1,20 m de
comprimento, na qual deve haver uma marca distando 0,75 m do topo da
cabeça de bater.
20
Figura 18. Exemplo de Martelo padronizado. Fonte: www.forsuntools.en.alibaba.com
3.2.3 PROCEDIMENTOS
3.2.3.1 Locação dos furos e Quantidades
Os furos devem ser locados previamente à sua execução e esta locação deve ser
feita de modo que seja visível e através de piquetes com identificação do furo.
A ABNT, através da NBR 8036, explica que as locações dos furos em planta,
dependem do tipo de estrutura, de suas características, das condições impostas pelo
subsolo e que o número de sondagens deve ser suficientemente grande de modo que seja
possível fornecer um quadro que se aproxime o quanto possível da provável variação das
camadas do subsolo do local em estudo. Este número de sondagens é determinado pela
área da projeção em planta do edifício e a proporção entre área e número de furos será
explicitada abaixo conforme o Quadro 1.
Quadro 1: Relação Área/Nº de furos.
Área de projeção em planta do Edifício Número de Sondagens
< 1200 m² Uma sondagem para cada 200 m²
> 1200 m² e < 2400 m² Uma sondagem para cada 400 m² excedentes
> 2400 m² Nº fixado de acordo com plano particular
No entanto, em quaisquer circunstâncias, o número mínimo de sondagens deve ser
dois furos para projeções em planta com área até 200 m² e três para áreas entre 200 m² e
400 m². Ressaltando que quando da época de sondagem ainda não houver disposição da
projeção do edifício, o número de sondagens deve ser tal de forma que os furos tenham 100
m de distância entre si e sejam executadas, no mínimo, três sondagens. Para número de
sondagens maiores do que três os furos não devem ser executados segundo um mesmo
alinhamento, ou seja, os furos de sondagens não podem ser colineares.
21
3.2.3.2 Processos de Perfuração
Segundo prescreve a ABNT com a NBR 6484/2001, o procedimento inicial de uma
sondagem à percussão é realizado manualmente com o uso do trado-concha até a
profundidade de 1 m e, sequencialmente, a instalação, até essa profundidade, do primeiro
segmento do tubo de revestimento. Posteriormente á esta etapa inicial a sondagem ocorre
de forma cíclica, sendo a percussão do solo realizada, a cada metro, com trado helicoidal
até atingir o nível d’água e ao fim de cada metro a amostra de solo é recolhida para ensaios.
Em casos em que o trado helicoidal não esteja sendo eficaz, use como indicador para
eficácia a perfuração menor do que 50 mm após 10 min de operação, ou no caso de solo
não aderente ao trado, a perfuração deve continuar pelo método de circulação de água.
O método de circulação de água é realizado com o trépano de lavagem e consiste
em remover o material escavado através da circulação de água feita com uma bomba
motorizada instalada no conjunto de perfuração. O processo de escavação ocorre segundo
um ciclo alternado de levantamento da composição de perfuração em 30 cm, relativos ao
fundo do furo, e na sua queda, que deve ser feito manualmente pelo operador. Quando do
término da escavação até a cota de ensaio e amostragem, a composição de perfuração
deve ser suspensa em 20 cm, relativos, também, ao fundo do furo, e com a manutenção da
circulação de água remove-se completamente os detritos da perfuração. Caso a parede do
furo se mostre instável durante o processo de perfuração do furo de sondagem torna-se
obrigatório o uso de tubos de revestimento para controlar a instabilidade e manter a
confiabilidade dos resultados.
Conforme determina a ABNT, o tubo de revestimento deve ficar a uma distância de
no mínimo 50 cm do fundo do furo, quando da operação de ensaio e amostragem. Somente
em casos de fluência do solo para o interior do furo, deve ser admitido deixá-lo à mesma
profundidade do fundo do furo. Quando as sondagens forem profundas e, também, em solos
instáveis, pode-se lançar mão do uso de lamas de estabilização ao invés do tubo de
revestimento, desde que não estejam previstos ensaios de infiltração na sondagem.
3.2.3.3 Amostragem e SPT
De acordo com a ABNT (NBR 6484/2001), a amostragem de solo deve ser feita a
cada metro de perfuração através do amostrador-padrão, que deve descer livremente pelo
furo de sondagem até o contato com o fundo. A partir deste contato com o fundo do furo, por
sequência instala-se a cabeça de bater. Para controle e acompanhamento das
profundidades de cravação utiliza-se o tubo de revestimento como referência, através de
traços de giz feitos na haste, a cada 15 cm, completando 45 cm. Após estes procedimentos
o martelo padronizado deve ser apoiado suavemente sobre a cabeça de bater, isso porque
22
pode acontecer de o solo ser muito fofo e de baixa resistência, e por isso, somente o peso
do martelo seria capaz de causar a penetração dos 45 cm ou mais. Quando isto ocorre o
amostrador-padrão deve ser retirado para colheita do solo para ensaio, caso contrário
prossegue-se a cravação até completar os 45 cm, através de impactos sucessivos e diretos
do martelo, que é suspenso a uma altura padrão de 75 cm, e então, liberado para queda,
sobre a cabeça de bater. Para posterior uso, anota-se o número de golpes necessários à
cravação de cada segmento de 15 cm do amostrador-padrão, contudo, nem sempre é
possível aferir números inteiros de golpes para 15 cm, por isso, quando isto não for possível,
deve-se anotar números de golpes para profundidade imediatamente superiores a 15 cm, e
então, segue-se o mesmo procedimento para completar 30 cm e 45 cm, sendo os resultados
emitidos em forma de fração, por exemplo, 3/17, onde no numerador é colocado o número
de golpes e no denominador a profundidade cravada com os golpes.
Nem sempre se faz necessário a cravação do amostrador-padrão em 45 cm de
profundidade no solo. As situações em que isto pode ocorrer são quando em qualquer um
dos três segmentos de 15 cm o número de golpes for maior do que 30 ou o número de
golpes alcançar valores superiores a 50, antes dos 45 cm. A cravação do amostrador-
padrão também é interrompida quando este não avança no solo após aplicação de cinco
golpes sucessivos do martelo.
O índice N supracitado é obtido quando a cravação atinge 45 cm e o seu valor é
determinado pela soma do número de golpes das segunda e terceira etapas de cravação de
15 cm. No entanto, quando ocorre a situação do amostrador-padrão penetrar 45 cm ou mais
na camada de solo somente com o peso do martelo o valor adotado para o índice N é igual
a zero. Pode acontecer, também, de logo no primeiro golpe a penetração ser maior do que
45 cm, neste caso, o resultado da medição deve ser representado por fração, onde no
numerador aparece o numero um (número de golpes) e no denominador deve ser
apresentado a profundidade de penetração relativa a este golpe, por exemplo, 1/50. Outra
situação passível de acontecer é o amostrador-padrão, com poucos golpes, exceder
significativamente os 45 cm ou quando não puder haver distinção clara nas três penetrações
parciais de 15 cm, nestas situações o resultado também deve ser apresentado em forma de
fração, por exemplo, 1/78 ou 1/26.
3.2.3.4 Critérios de paralisação
A ABNT, através da NBR 6484/2001, estipula critérios para paralisação das
sondagens a percussão do solo. O processo de perfuração por circulação de água,
associado aos ensaios penetro métricos, devem ser paralisados sempre que as situações
abaixo acontecerem.
23
Quando, em 3 m sucessivos, se obtiver 30 golpes para penetração dos 15 cm
iniciais do amostrador-padrão;
Quando, em 4 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para penetração dos 30 cm
iniciais do amostrador-padrão;
Quando, em 5 m sucessivos, se obtiver 50 golpes para a penetração dos 45
cm do amostrador-padrão.
Outro critério utilizado que já fora supracitado é quando do avanço da perfuração por
circulação de água forem obtidos avanços inferiores a 50 mm em cada período de 10 min
ou, então, quando, após a realização de quatro ensaios consecutivos, não for alcançada a
profundidade de execução do SPT. Caso haja a necessidade técnica de continuar a
investigação o método implantado para a sondagem a percussão deve ser o método de
perfuração rotativa.
3.2.3.5 Observação do nível do lençol freático
Um aspecto muito importante da sondagem do solo é definir a que profundidade
encontra-se o nível do lençol freático. Um indício forte de que se alcançou o nível d’água, ou
então que se tenha atravessado um nível d’água, é a umidade aparente que o solo retirado
durante a escavação apresenta, o operador deve estar atento a isso. Quando essa situação
é verificada deve-se interromper a operação de perfuração e começar a observar a elevação
do nível d’água no furo e realizar leituras a cada cinco minutos dentro de um prazo mínimo
de quinze minutos. Quando da interrupção da execução da sondagem, se faz obrigatória a
medição, tanto no início quanto no fim da interrupção, do nível d’água no furo, bem como da
profundidade aberta do furo e da posição do tubo de revestimento, sendo mantidas essas
recomendações quando ocorrer artesianismo ou fuga de água no furo.
Quando terminada a sondagem, deve-se tentar, ao máximo, a retirada de água
interna do furo com auxílio do baldinho, assim como deve ser retirado o tubo de
revestimento doze horas após o encerramento da sondagem, contanto que o furo não esteja
obstruído, e realizar novamente a medida da posição do nível d’água.
3.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO
A introdução dos conceitos, procedimentos e técnicas que envolvem os processos de
sondagem, execução, amostragem e medições que são pertinentes ao Ensaio SPT do solo
apresentados neste capítulo são baseados nas normas NBR 6484 e NBR 8036, produzidas
pela Associação Brasileira de Normas Técnicas, a ABNT, e o conhecimento de tais normas
é justificado, principalmente, pelo conceito de que para exigir e cobrar um serviço de
24
qualidade que satisfaça as expectativas, assim como o bom entendimento dos resultados
obtidos, é primordial que se conheça os aspectos gerais englobados pelas atividades em
questão, pois, quando da atuação do engenheiro civil, geralmente o serviço de sondagem
do solo é terceirizado para laboratórios especializados neste nicho.
25
4. MÉTODOS DE CÁLCULO
4.1 ELEMENTO DE FUNDAÇÃO POR ESTACA
Inicialmente, antes da introdução do conceito de capacidade de carga das estacas
de fundação, se faz necessário a definição do que seria um elemento de fundação por
estaca. A estaca, por definição, assemelha-se a um pilar, pois se trata de uma barra sujeita,
prioritariamente, à esforços axiais de compressão, porém, o que distingue estes dois
elementos estruturais é a interação solo/estaca, ou seja, uma estaca só é elemento de
fundação quando está envolta pelo maciço de solo.
4.2 CAPACIDADE DE CARGA
Quando do momento de cálculo e definição do tipo de fundação a ser executada é
fornecido ao responsável pelo projeto das fundações os esforços resultantes nos pilares
imediatamente superiores à cota de fundação e o que norteará a escolha do tipo de estaca,
assim como sua cota de apoio e/ou o número de estacas por blocos de transferência de
carga entre pilares e estacas é a capacidade de carga inerente a cada tipo de estaca.
Figura 19. Exemplo de Blocos de Fundação. Fonte: arquivo pessoal.
Segundo Cintra e Aoki (2010) o conceito de capacidade de carga é definido pela
aplicação de uma carga e o aumento gradativo desta carga, mobilizando tensões resistentes
de atrito entre o solo e o fuste da estaca, entenda como fuste o corpo da estaca, e também
26
tensões resistentes normais à ponta da estaca, sendo, assim, a capacidade de carga da
estaca a soma dessas tensões resistentes. De modo simplificado, considere que primeiro
haja somente a tensão resistente de atrito entre o solo e a estaca e que após total
mobilização dessa tensão comece, então, a mobilização da tensão resistente de ponta da
estaca. Caso não houvesse a resistência de ponta de estaca, para cargas maiores do que a
tensão resistiva de atrito lateral, a estaca deslocar-se-ia incessantemente para baixo, por
isso, a capacidade de carga de uma estaca (R) limita-se a soma da resistência de atrito
lateral (RL) e a resistência de ponta da estaca (RP). Deste conceito resulta a expressão da
capacidade de carga.
R = RL + RP (3.1)
A resistência de ponta da estaca pode ser obtida multiplicando-se a resistência de
ponta, em unidades de tensão (rP), pela área da seção transversal da base da estaca (AP):
RP = rPAP (3.2)
Cintra e Aoki (2010) enunciam que para os casos especiais de estacas pré-moldadas
com seção vazada, perfis metálicos e estacas Franki, a resistência de ponta é obtida pelo
mesmo produto supracitado, porém fazem algumas observações. Quanto à pré-moldadas
pode-se considerar a área da seção cheia por causa do embuchamento que ocorre na
cravação, quanto as estacas de perfis metálicos pode-se utilizar tanto a área do retângulo
que circunda a seção transversal do perfil quanto a área real, isto irá depender do grau de
aderência solo/estaca, e quanto as estacas Franki a área da ponta (AP) é calculada a partir
do volume da base alargada (V), tida como esférica:
AP = π [(3V)/(4 π)]^(2/3) (3.3)
Usualmente, os valores de V são definidos relativamente aos diâmetros do tubo de
revestimento, que definem o diâmetro da estaca, e estes valores estão apresentados
conforme a Tabela 1:
27
Tabela 1: Valores usuais de V em função do diâmetro do tubo.
Diâmetro do tubo (cm) Volume da base (m³)
Ф 35 0,18
Ф 40 0,27
Ф 45 0,36
Ф 52 0,45
Ф 60 0,60
A resistência de atrito lateral do fuste com o maciço de solo (RL) é obtida
multiplicando-se o perímetro do fuste (U), igual à πD (circular) ou 4D (quadrada), pelo
somatório do produto entre o atrito unitário, em unidades de tensão (rL), e o comprimento
associado a cada uma das várias camadas de solo que envolvem o fuste da estaca (ΔL):
RL = UΣ(rLΔL) (3.4)
Cintra e Aoki (2010) enunciam quais perímetros devem ser adotados para os casos
especiais de estacas pré-moldadas com seção vazada, perfis metálicos. Em perfis metálicos
geralmente deve-se usar o perímetro resultante da soma de todas as faces em contato com
o solo, note pode haver situações onde apenas a mesa esteja em contato com o solo e isto
vai depender do solo. Quanto às estacas pré-moldadas de seção vazada o perímetro
utilizado será o resultante do diâmetro externo. Desta forma, considerando ressalvas e
conceitos relativos a características geométricas das estacas, a equação resultante para o
cálculo de capacidade de carga de uma estaca é:
R = U Σ(rLΔL) + rPAP (3.5)
4.3 MÉTODOS TEÓRICOS
A gama de fórmulas para o cálculo de capacidade de carga de elementos de
fundação por estacas é consideravelmente alta e devido a essa grande diversidade de
28
proposições há dificuldade no ajuste de um bom modelo físico e matemático que represente
coerentemente a complexidade relativa à ruptura de fundações profundas.
No entanto Cintra e Aoki (2010), para os casos particulares de solos estritamente
argilosos ou arenosos, fornecem um encaminhamento para formulação teórica da
capacidade de carga de elementos de fundação por estacas.
4.3.1 ESTACAS EM ARGILA
Para este caso Cintra e Aoki (2010) indicam que a tensão de adesão do solo ao fuste
da estaca, atrito, pode ser calculada em função do produto da coesão não drenada (c) da
argila com um fator de adesão (α) entre o solo e a estaca. Desta forma a incógnita rL
assume a forma:
rL = αc (3.6)
Utilizando esse novo conceito da equação (3.6), a equação (3.4) assume a forma:
RL = UΣ(αcΔL) (3.7)
Figura 20. Fator de adesão α x Coesão c (kPa). Fonte: O’Neill et al (1999).
A outra incógnita, referente ao solo, envolvida no cálculo da capacidade de carga do
elemento de fundação por estaca, a resistência de ponta (rP) pode ser obtida transformando
a tensão resistiva de ponta em uma soma do produto entre o valor médio da coesão não
drenada da camada de apoio da ponta da estaca (c) e o fator de capacidade de carga para
29
fundações profundas (NC = 9) com a tensão vertical efetiva na cota de apoio da base da
estaca (q). Desta forma a equação (3.2) assume a forma:
RP = (9c+q)AP (3.8)
4.3.2 ESTACAS EM AREIA
Novamente, assim como para as estacas em argila, o problema consiste na
reformulação das variáveis relativas ao solo, rL e rP , e assim definir uma nova equação para
obtenção da capacidade de carga do elemento de fundação por estaca.
Para o caso de solos arenosos a tensão de atrito lateral pode ser calculada pelo
produto entre as variáveis de tensão horizontal no segmento de estaca (σH) e o coeficiente
de atrito solo/estaca (tgδ), onde δ é o ângulo de atrito entre o solo e a estaca, e a tensão
horizontal obtida pelo produto entre o coeficiente de empuxo (K) e a tensão vertical (σV):
rL = KσVtgδ (3.9)
Considerando ainda que a tensão vertical (σV) é um produto entre o peso específico
da areia (γ) e a profundidade (z), a equação (3.9) assume a forma:
rL = Kγztgδ (3.10)
Cintra e Aoki (2010) alertam para o fato de que o atrito lateral não cresce
indefinidamente com a profundidade em razão do efeito de arqueamento nas areias,
atingindo um valor crítico (rL*) a profundidades de ordem de 10 ou 20 vezes o diâmetro da
estaca, dependendo, respectivamente, se areia for fofa ou compacta. Sendo assim, o
cálculo é feito através da preposição de que o atrito lateral aumenta linearmente até uma
profundidade igual a 15 vezes o diâmetro, para qualquer que seja a compacidade do solo,
permanecendo constante e igual ao valor crítico para profundidades maiores. Desta modo, a
equação (3.10) assume a forma:
rL* = Kγ(15D)tgδ (3.11)
30
O valor de coeficiente de empuxo (K), assim como o ângulo de atrito (δ), variam de
acordo com o processo executivo da estaca e do material do qual é feita, definindo assim a
tabela abaixo.
Tabela 2. Coeficiente de empuxo K e ângulo de atrito δ. Fonte: Broms (1966).
Estaca K
δ Areia Fofa Areia Compacta
Metálica 0,5 1,0 20
Pré-moldada de concreto 1,0 2,0 3/4 φ
Madeira 1,5 4,0 2/3 φ
.A resistência de ponta na iminência de ruptura, quando a estaca tende ao
deslocamento incessante para baixo, em areias puras, é o produto entre o valor máximo de
sobrecarga (q*), correspondente a profundidade crítica (15D), o fator de capacidade de
carga (Nq*) e a área da seção transversal da base da estaca (AP):
RP = (q*Nq*)AP (3.12)
4.4 MÉTODOS SEMIEMPÍRICOS
Considerando a dificuldade de formulação de modelos matemáticos e físicos para
fundações profundas confiáveis, muitos autores têm proposto métodos baseados em
empirismo através de correlações e resultados de ensaio in loco e ajustados com provas de
carga. Atualmente escritórios de cálculo e projetos em fundações profundas têm utilizado
três métodos semiempíricos brasileiros, sendo eles o método Aoki-Velloso (1975), o método
Décourt-Quaresma (1978) e o método Teixeira (1996).
4.4.1 MÉTODO AOKI-VELLOSO (1975)
Segundo Cintra e Aoki (2010), neste método, as incógnitas relativas ao solo, rL e rP,
são incialmente obtidas a partir do ensaio de penetração estática CPT, através dos valores
de resistência de ponta do cone (qC) e do atrito lateral unitário (fS), divididos por fatores de
correção que levam em conta a diferença de comportamento entre a estaca e o modelo
CPT, F1 e F2:
rP = qC/F1 (3.13)
31
rL = fS/ F2 (3.14)
Contudo, este tipo de ensaio CPT não é muito utilizado no Brasil, sendo o ensaio
SPT, conforme supracitado, o mais empregado, desta forma, então, pode-se substituir o
valor da resistência de ponta (qC) por uma correlação com o índice de resistência à
penetração (NSPT):
qC = KNSPT (3.15)
Sendo K um coeficiente que depende do tipo de solo. Tal correlação possibilita,
também, representar o atrito lateral em função de NSPT, com a utilização da razão de atrito
(α):
α = fS/qC (3.16)
Desta forma o atrito lateral unitário (fS) pode ser obtido pelo produto entre a razão de
atrito (α), que depende do tipo de solo, e a correlação da resistência de ponta com o NSPT:
fS = αKNSPT (3.17)
Substituindo as equações (3.15) e (3.17) nas equações (3.13) e (3.14), temos:
rP = [(KNP)/F1] (3.18)
rL = [(αKNL)/F2] (3.19)
Onde NP e NL são, respectivamente, o índice de resistência à penetração na cota de
apoio da ponta da estaca e o índice de resistência à penetração médio na camada de solo,
sempre relativos à sondagem mais próxima.
32
Cintra e Aoki (2010) exprimem através de tabelas os valores de K e a razão de atrito
(α) de acordo com cada tipo de solo, e os valores de correção F1 e F2 segundo o tipo de
estaca:
Tabela 3. Coeficiente K e razão de atrito α. Fonte: Aoki e Velloso (1975).
Solo K (MPa) α (%)
Areia 1,00 1,4
Areia Siltosa 0,80 2,0
Areia Siltoargilosa 0,70 2,4
Areia Argilosa 0,60 3,0
Areia Argilossiltosa 0,50 2,8
Silte 0,40 3,0
Silte Arenoso 0,55 2,2
Silte Arenoargiloso 0,45 2,8
Silte Argiloso 0,23 3,4
Silte Argiloarenoso 0,25 3,0
Argila 0,20 6,0
Argila Arenosa 0,35 2,4
Argila Arenossiltosa 0,30 2,8
Argila Siltosa 0,22 4,0
Argila Siltoarenosa 0,33 3,0
Tabela 4. Fatores de correção F1 e F2 atualizados. Fonte: Aoki e Velloso(1975)
Tipo de Estaca F1 F2
Franki 2,50 2F1
Metálica 1,75 2F1
Pré-Moldada 1+(D/0,80) 2F1
Escavada 3,0 2F1
Raiz, Hélice contínua 2,0 2F1
Para este método Cintra e Aoki (2010) recomendam que sua formulação geral seja
mantida, porém, deve-se buscar substituir as correlações originais, muito abrangentes, por
correlações regionais, mais coerentes, e que tenham validade comprovada.
4.4.2 MÉTODO DÉCOURT-QUARESMA (1978)
Neste método a resistência de atrito lateral (RL) e a resistência de ponta de estaca
(RP) da equação da capacidade de carga (R) são representadas pelas seguintes equações:
RL = rLUL (3.20)
RP = rPAP (3.21)
33
Para o cálculo da resistência de atrito lateral é necessário que seja feita uma
estimativa da tensão de atrito lateral (rL) através do valor médio do índice de resistência à
penetração do SPT ao longo do comprimento do fuste (NL).
Décourt (1982) define uma expressão para tal estimativa:
rL = {10[(NL/3)+1]} (kPa) (3.22)
Utilizando NL = 15 como limite inferior e NL = 50 para limite superior de valores de
NL, pode-se estimar o tensão de resistência de atrito lateral para estacas de deslocamento,
e limites entre 3 e 15 para as demais estacas.
Cintra e Aoki (2010) apresentam a expressão para o cálculo da tensão de resistência
de ponta de estaca (rP):
rP = CNP (3.23)
Onde NP é o valor médio dos índices de resistência à penetração na ponta,
correspondentes às cotas de apoio e imediatamente superiores e inferiores, sendo C o
coeficiente característico do solo.
Tabela 5. Coeficiente característico do solo C. Fonte: Décourt e Quaresma (1978)
Tipo de Solo C (kPa)
Argila 120
Silte argiloso* 200
Silte arenoso* 250
Areia 400
*alteração de rocha (solos residuais)
Décourt (1996) ainda introduz na equação de capacidade de carga do elemento de
fundação por estaca fatores α e β, respectivamente nas parcelas de resistência de ponta de
estaca e de resistência de atrito lateral, fazendo com que a equação assuma a forma:
R = αCNPAP + β10[(NL/3)+1)]UL (3.24)
34
Segundo Décourt (1996), para o uso do método para estacas com lama bentonítica,
escavadas em geral, tipo hélice contínua e raiz, e estacas injetadas sob altas pressões
deve-se seguir os valores de α e β apresentados pelas tabelas abaixo, sendo que para as
demais os valores desses fatores são iguais a um.
Tabela 6. Valores do fator α. Fonte: Décourt (1996).
Tipo de Solo
Tipo de Estaca
Escavada em Geral
Escavada (betonita)
Hélice Contínua
Raiz Injetada (altas
pressões)
Argilas 0,85 0,85 0,30* 0,85* 1,00*
Solos Intermediários
0,60 0,60 0,30* 0,60* 1,00*
Areias 0,50 0,50 0,30* 0,50* 1,00*
*valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis
Tabela 7. Valores do fator β. Fonte: Décourt (1996).
Tipo de Solo
Tipo de Estaca
Escavada em Geral
Escavada (betonita)
Hélice Contínua
Raiz Injetada (altas
pressões)
Argilas 0,80* 0,90* 1,00* 1,50* 3,00*
Solos Intermediários
0,65* 0,75* 1,00* 1,50* 3,00*
Areias 0,50* 0,60* 1,00* 1,50* 3,00*
*valores apenas orientativos diante do reduzido número de dados disponíveis
4.4.3 MÉTODO TEIXEIRA (1996)
Assim como os outros métodos descritos anteriormente, o método de Teixeira
propõe uma equação unificada para a capacidade de carga:
R = RP + RL = αNPAP + βNLUL (3.25)
Para este método NP corresponde ao valor médio do índice de resistência à
penetração medido no intervalo de 4 diâmetros acima da ponta da estaca e 1 diâmetro
abaixo, e NL corresponde ao valor médio do índice de resistência à penetração ao longo do
fuste da estaca. Sendo que os valores dos parâmetros α e β também são tabelados.
35
Tabela 8. Valores do parâmetro α. Fonte: Teixeira (1996).
Solo Tipo de estaca - α (kPa)
(4<NSPT<40) Pré-Moldada
e perfil Metálico
Franki Escavada
a céu aberto
Raiz
Argila Siltosa 110 100 100 100
Silte Argiloso 160 120 110 110
Argila Arenosa 210 160 130 140
Silte Arenoso 260 210 160 160
Areia Argilosa 300 240 200 190
Areia Siltosa 360 300 240 220
Areia 400 340 270 260
Areia com pedregulhos 440 380 310 290
Tabela 9. Valores do parâmetro β. Fonte: Teixeira (1996).
Tipo de Estaca β (kPa)
Pré-Moldada e Perfil Metálico
4
Franki 5
Escada a céu aberto 4
Raiz 6
O autor adverte que para o caso de estacas pré-moldadas de concreto flutuantes,
situação em que a capacidade de carga é definida predominantemente pela resistência de
atrito lateral, em camadas de solo onde o NSPT é inferior a 3, a tensão de atrito lateral (rL)
deve-se ser adotado conforme tabela abaixo.
Tabela 10. Valores do atrito lateral rL. Fonte: Teixeira (1996).
Sedimento rL (kPa)
Argila fluviolagunar (SFL)* 20 a 30
Argila transicional (AT)** 60 a 80
*SFL: camadas de argilas situadas até cerca de 20 a 25 m de profundidade
**AT: camadas profundas adjacentes ao sedimento SFL, com NSPT de 4 a 8
4.5 CARGA ADMISSÍVEL
Cintra e Aoki (2010) indicam que o conceito de capacidade de carga introduzido
acima considera para efeitos de cálculo e correlações os índices de resistência à penetração
36
do solo, que depende do maciço de solo, geometria e tipologia das estacas e a carga
atuante no pilares. No entanto, mesmo que haja uniformidade nos diâmetros e que sejam
utilizados os mesmos tipos de estacas, o comportamento de cada conjunto de elementos de
fundações por estacas serão diferenciados, isso porque o solo não apresenta ao longo de
seu comprimento e profundidade um comportamento homogêneo. Tal constatação indica
que os valores obtidos por modelos matemáticos devem ser tratados de forma que se
garanta a segurança e estabilidade da edificação. Para tratar matematicamente os esforços
e fatores envolvidos que determinam a capacidade de carga dos elementos de fundação por
estacas há duas filosofias de projeto.
A primeira filosofia é desenvolvida a partir da resistência característica, capacidade
de carga de cada estaca, que é reduzida por um fator de minoração (γM) de modo que
sempre seja maior do que os esforços solicitantes (SK), esforços resultantes das cargas da
edificação aumentados por um fator de majoração (γF).
A segunda filosofia de projeto recomenda que seja utilizado o valor médio de
capacidade de carga (RMÉD) reduzido ainda por um fator de segurança (FS), sendo assim,
determinado o conceito de carga admissível (PA):
PA = (RMÉD/ FS) (3.26)
Segundo Cintra e Aoki (2010), ambas as filosofias de projeto são previstas em
norma, sendo que a filosofia de carga admissível é a preferida atualmente pelos projetistas.
Fazendo correlações denominando (γR) como a relação entre os valores médio e
característico de resistência (γR = RMÉD/RK) e (γS) como a relação entre os valores
característico e médio de solicitação (γS = SK/SMÉD), pode-se obter a expressão geral que
define o fator de segurança:
FS = γS γF γM γR (3.27)
Porém, quanto a este fator de segurança, para os elementos de fundações por
estacas, a NBR 6122:2010 estabelece que o FS utilizado seja igual a dois quando a
capacidade de carga for calculada por métodos semiempíricos e que, para os casos
específicos de estacas escavadas, no máximo 20% da carga admissível pode ser suportada
pela ponta da estaca, ou então, no mínimo 80% da resistência lateral.
Cintra e Aoki (2010) indicam que o fator de segurança global utilizado por Aoki e
Velloso (1975) é igual a dois:
PA = R/2 = (RL + RP)/2 (3.28)
37
Enquanto Décourt e Quaresma (1978) utilizam fatores de segurança diferenciados
para as parcelas de resistência de ponta e resistência lateral:
PA = (RP/4)+(RL/1,3) (3.29)
E por último, Teixeira (1996) utiliza de modo geral o fator de segurança igual a dois,
exceto em casos de estacas escavadas em céu aberto, para quais introduz fatores de
segurança diferenciados:
PA = (RP/4)+(RL/1,5) (3.30)
Para os casos de solos adensáveis que produzem atrito negativo nas estacas, a
NBR 6122:2010 determina que no cálculo da carga admissível seja descontado tal atrito:
PA = ((RP+RL)/FS)-RL (3.31)
4.5.1 CARGA DE CATÁLOGO
Cintra e Aoki (2010) explicam que este método de carga de catálogo contempla
exclusivamente a estaca, considerando-as isoladamente, sem levar em conta o aspecto
geotécnico. Desta forma a carga admissível da estaca (PE) é obtida através do produto entre
uma espécie de tensão admissível (σE) e a área da seção transversal do fuste da estaca.
Note que PE trata-se da carga admissível da estaca e PA é a carga admissível da fundação,
por isso utiliza-se o termo carga de catálogo (PE) para evitar confusões. No entanto, quando
conhecidas essas duas cargas admissíveis utiliza-se a menor por efeito de segurança.
4.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO
Com as cargas resultantes nos pilares, a carga P citada no início deste capítulo já é
conhecida, a partir disto deve-se determinar a capacidade de carga por três metodologias
diferentes, ou seja, deve ser determinada através de uma carga de catálogo, admitida como
carga admissível, multiplicada por um fator de segurança resultando em uma capacidade de
carga e, posteriormente, calcular o comprimento (L) da estaca para esta capacidade de
carga, ou então por um processo contrário, determinando, inicialmente, o comprimento
máximo da estaca. Outra metodologia alternativa é forçar o apoio da estaca em uma cota
onde haja um NSPT satisfatório.
38
5. PATOLOGIAS
5.1 RECALQUE DIFERENCIAL
O recalque diferencial é o fenômeno relacionado às fundações que causa a maior
parte das patologias em edifícios e é decorrente de falhas nas fundações, seja em projeto,
execução ou por consequência de problemas relativos ao solo.
Em seus estudos Assunção (2005) descreve recalque como um deslocamento
vertical do conjunto estrutura/fundação devido às tensões geradas pela estrutura. Este
deslocamento acontece segundo duas etapas, um recalque imediato, logo após a
implantação da estrutura, e outro recalque que acontece com o passar dos anos por
adensamento do solo. O solo composto por partículas de diferentes granulometrias quando
submetido a tensões tende ao adensamento, ou seja, diminuição dos vazios através da
pressão que escoa as águas intersticiais pelos poros do solo e por isso as partículas se
rearranjam ocorrendo uma compactação dos vazios. Isso causa uma redução de volume do
solo e ao se deformar o solo traz consigo a estrutura que nele esta apoiada. Como os solos
são pouco permeáveis, com a exceção de solos muito arenosos, esse processo de
escoamento da água e compactação é demorado e esta é a razão de que mesmo depois da
implantação da edificação o solo continue a se recalcar.
O recalque em si não confere um perigo alto à estabilidade do edifício e nem traz
patologias que prejudiquem o desempenho, desde que o solo se recalque de modo
uniforme, no entanto quando ocorre um recalque diferencial entre as estacas da fundação,
patologias começam a surgir por toda superestrutura e quando este recalque for maior do
que o permitido por norma, a edificação necessitará de reforços em suas fundações, caso
contrário o risco de colapso é eminente e verifica-se a necessidade da retirada de usuários
do empreendimento. A figura abaixo ajuda a ilustrar um exemplo de qual forma pode ocorrer
um recalque diferencial.
Figura 21. Recalque diferencial de um pilar. Fonte: ASSUNÇÃO (2005)
39
5.2 BULBO DE TENSÕES
As cargas geradas pela superestrutura induzem tensões ao solo, que se propagam e
tendem a diminuir com o aumento de profundidade e distanciamento do ponto de aplicação.
Unindo os pontos com mesmo acréscimo de tensões, obtêm-se o bulbo de tensões, que
representa qual será a parcela da carga que cada camada do solo será responsável para
sustentar. O conhecimento deste conceito é muito importante, uma vez que cada edifício
gera um bulbo de tensões diferente, podendo, dependendo da proximidade dos
empreendimentos, um bulbo sobrepor o outro e, por consequência, aumentar o acréscimo
de carga na região de interseção, causando recalque de parte da estrutura, maior do que o
previsto em projeto, resultando em um recalque diferencial, o que se deve evitar ao máximo.
A figura que segue abaixo ilustra esse fenômeno.
Figura 22. Sobreposição de bulbos.
Através da propagação de tensões o bulbo pode alcançar diversas camadas de solo
com capacidades variáveis de resistência às cargas. Um cenário positivo é quando o bulbo
está completamente desenvolvido em um solo resistente (Figura 21), outro cenário,
negativo, é observado quando o desenvolvimento do bulbo estabelece-se em camadas de
solo com resistências diferentes e contrárias (Figura 24) possibilitando a ocorrência de
recalques mais acentuados.
40
Figura 23. Bulbo de tensões desenvolvido em solo resistente.
Figura 24. Bulbo de tensões desenvolvido em solos com resistências diferentes.
5.3 SOLOS HETEROGÊNEOS
Normalmente ocorre a situação do solo da área utilizada possuir camadas diferentes,
e em pouca distância horizontal. Se este fato for ignorado e no momento de concepção de
estrutural do projeto de fundações for previsto cotas de apoio iguais para as estacas em
camadas de solo onde o índice de resistência à penetração (Figura 25), ou usar tipologias
de fundações de diferentes rigidezes (Figura 26) sem que seja prevista a dessolidarização
entre as partes da estrutura assentes em sobre fundações diferentes, o projeto será falho e
resultará em recalques diferenciais.
41
Figura 25. Camadas com NSPT diferentes. Fonte: ASSUNÇÃO (2005).
Figura 26. Sistemas diferenciados de fundações. Fonte: ASSUNÇÃO (2005)
Devido a heterogeneidade do solo é possível a existência de matacões, segmentos
de rochas fragmentados no maciço de solo, que podem causar danos às estacas durante a
cravação (Figura 27), por isso é necessário muita atenção para a possível ocorrência deste
quadro.
Figura 27. Presença de matacões. Fonte: ASSUNÇÃO (2005)
42
5.4 ATRITO NEGATIVO
De acordo com Soares (2005), quando uma estaca atravessa uma camada de solo
compressível, podem ocorrer esforços adicionais na mesma (que não constam do desenho
do engenheiro de estruturas), tais como empuxos horizontais devido a cargas unilaterais
nessa camada de solo e atrito negativo, que, no caso de estacas verticais, corresponde a
um acréscimo na carga axial decorrente de um recalque das camadas compressível. Se a
estaca for inclinada existirá também um esforço de flexão decorrente desse recalque.
Figura 28. Esforços adicionais nas estacas. Fonte: SOARES (2005).
O atrito negativo pode ocorrer devido a várias causas, dentre elas se destacam:
5.4.1 AMOLGAMENTO
Soares (2005) explica que quando uma estaca é cravada através de uma camada de
argila mole submersa tende a deslocar, lateralmente, parte dessa argila provocando
amolgamento (perda de resistência) da mesma. A região amolgada resultante depende
(além do diâmetro da estaca e do processo de execução) da sensibilidade da argila.
Ainda de acordo com Soares (2005), o valor do atrito negativo, neste caso, é igual ao
peso próprio da argila amolgada, porém a extensão desse amolgamento é um assunto muito
controvertido, visto que algumas argilas recuperam rapidamente uma parcela considerável
de sua resistência poucos dias após a cravação das estacas (fenómeno da "cicatrização")
como é o caso das argilas da Baixada Santista, que, apesar de terem uma alta
sensibilidade, recuperam parte considerável de sua resistência muito rapidamente. Por esta
razão nas argilas da Baixada Santista, não se considera qualquer parcela de atrito negativo
devido à cravação das estacas (a não ser que se executem aterros ou obras que imponham
cargas verticais na argila).
43
Figura 29. Atrito negativo causado por amolgamento. Fonte: SOARES (2005).
5.4.2 SOBRECARGA DEVIDO A ATERRO
Segundo Soares (2005), a parcela de atrito negativo transmitida pelo aterro depende
da geometria deste, mas para um dado estaqueamento não pode ser maior que o peso do
volume de aterro (somado à sobrecarga) sobre o plano que contém o estaqueamento.
Soares (2005) aponta que na camada compressível o atrito negativo depende do
deslocamento relativo entre a estaca e o solo compressível, alcançando, no máximo, o valor
corresponde à resistência não-drenada da camada compressível. Supondo um caso
hipotético em que essa camada compressível repouse sobre um extrato indeformável e
apresente resistência crescente com a profundidade, a distribuição das tensões do atrito
negativo também aumentará com a profundidade, mas depois de certa profundidade
começará a diminuir, caindo para zero no topo da camada indeformável (onde o
deslocamento relativo solo-estaca é nulo).
Como a grande maioria dos casos a ponta das estacas não atinge o extrato
indeformável haverá um recalque de sua ponta e consequentemente o ponto onde o atrito
negativo é nulo se desloca para cima, obtendo-se, na camada compressível, um certo
trecho com atrito positivo. A mudança do atrito lateral de negativo para positivo ocorre na
profundidade onde o recalque da camada compressível é igual ao recalque da estaca.
44
Figura 30. Atrito negativo causado por sobrecarga. Fonte: SOARES (2005).
5.4.3 PESO PRÓPRIO DO SOLO
Solos sub-adensados que recalcam por efeito do peso próprio.
Figura 31. Atrito negativo causado por adensamento do solo. Fonte: SOARES (2005).
5.5 CARREGAMENTO ASSIMÉTRICO
Em casos em que se têm carregamentos assimétricos em uma fundação, o solo e a
fundação são exigidos com componentes de forças diferentes. A carga que um lado da
fundação está transmitindo ao solo será superior ao outro lado, logo, teremos recalques com
valores diferentes e novamente um recalque diferencial acentuado.
45
Têm-se os casos com cargas uniformemente distribuídas, mas com um aterro de
espessura variável como solo base, por isso seu assentamento não será uniforme e trincas
certamente aparecerão.
Figura 32. Aterros com espessuras variáveis. Fonte: THOMAZ (1989).
Analogamente, quando são executados cortes e aterros, deve-se ter em mente que a
fundação estará sujeita a solos com características diferentes em um curto espaço, pois o
lado que foi aterrado sofrerá, além do assentamento natural do aterro, o solo abaixo tem que
resistir ao carregamento da estrutura e do aterro (pois o aterro se torna carga no solo),
aumentando assim a possibilidade de recalques acentuados e aparecimento de fissuras na
estrutura.
Figura 33. Corte e Aterro. Fonte: THOMAZ (1989).
46
5.6 CONSIDERAÇÕES FINAIS DO CAPÍTULO
Deve-se fazer a ressalva de que o engenheiro civil é, por excelência, um prestador
de serviço para quem o contrate ou compre seu produto, e por isso a qualidade de
desempenho do edifício como estrutura e como produto de uso do proprietário, ao passar
dos anos, deve ser garantida. O ideal seria o desenvolvimento e conclusão de projetos de
fundações perfeitos e que não resultassem em recalques diferenciais, porém pela
dificuldade de se compreender por completo o comportamento do solo e o reconhecimento
de que existem alguns erros inerentes à execução e que de fato o solo se recalca com o
passar dos anos, é permitido um recalque diferencial máximo, para que a satisfação do
usuário seja mantida e o desempenho estrutural garantido.
47
6. CONCLUSÃO
A edificação considerada em sua totalidade é a soma da superestrutura e da
infraestrutura, sendo a primeira parte os elementos estruturais acima da cota do terreno e a
segunda parte os elementos estruturais envoltos pelo maciço de solo, e apesar dessa
segmentação em partes a edificação tem comportamento solidarizado entre tais partes, ou
seja, os esforços solicitantes na superestrutura, resultantes do peso próprio dos elementos
estruturais, das cargas permanentes, das cargas acidentais e da ação do vento, são
transferidos aos elementos de fundações por estacas através de blocos de transferência de
cargas e as fundações, então, transferem tais cargas ao solo.
Analisando os resultados obtidos pela sondagem do solo utilizando o método de
ensaio Standart Penetration Test que são os índices de resistência à penetração, a
classificação do solo, a presença ou não de matacões e a profundidade do nível do lençol
freático, o profissional responsável pelo projeto de fundações, com os esforços resultantes
nos pilares, pode iniciar a etapa de concepção do projeto.
Durante a etapa de concepção do projeto alguns fatores além do carregamento
devem ser considerados porque não serão somente as cargas resultantes e o tipo de solo
que irão determinar a tipologia do projeto. A somatória do entorno, a vizinhança e
edificações já existentes, os custos inerentes à produção e execução - algumas estacas
exigem equipamentos de custo de locação ou aquisição elevados - e a área disponível em
canteiro devem ser compatibilizados com as cargas e o tipo de solo a fim de otimizar a
relação custo/benefício do projeto.
Atualmente existe uma grande diversidade de estacas passíveis de serem utilizadas
como elementos estruturais de fundações no Brasil, e em geral as estacas, consideradas
fundações profundas, são classificadas de acordo com seus processos fabris e processos
executivos.
Os processos fabris são divididos em três tipos, as estacas podem ser pré-moldadas
em fábrica onde há um grande controle da qualidade do concreto e da precisão das
dimensões previstas em projeto, pré-moldadas in loco que difere da produzida em fábrica
quanto ao controle da qualidade do concreto e as estacas moldadas in loco sobre as quais
não há um grande controle da qualidade do concreto e das dimensões também.
Os processos executivos são divididos basicamente em dois tipos, as estacas podem
ser executadas através de cravação por bate estacas e tem como principal desvantagem a
produção de grandes vibrações no solo, contudo este método é muito utilizado por
consequência do uso maior das estacas que requerem cravação. O outro processo
48
executivo é dado através de escavação do solo, muito indicado para regiões onde há grande
densidade de edificações, pois produzem baixas vibrações, e para solos em que a
profundidade do nível do lençol freático é rasa. Para ambos os processos é desejável que
se evite a execução onde haja matacões.
O método de ensaio do solo apresentado no corpo deste trabalho deve ser
compreendido de forma informativa para que os futuros profissionais saibam de qual modo é
realizada a sondagem do solo e para que a leitura do relatório possa ser feita corretamente,
isto porque normalmente a sondagem do solo é um serviço prestado por terceiros.
É muito importante que se conheça bem o solo onde será executada a obra, porque
a capacidade de carga de cada estaca é definida pela resistência de ponta da estaca e
resistência de atrito lateral do solo com fuste da estaca, ambas as resistências estão
diretamente dependentes do tipo de solo.
Atualmente, devido ao grande interesse recente a respeito de fundações por estacas,
várias hipóteses e modelos físicos e matemáticos têm sido criados e justamente por isso há
dificuldade na definição de um bom modelo teórico que represente com maior acurácia o
comportamento do elemento por fundação em estacas, estimulando, desta forma, a
utilização dos métodos de cálculo semiempíricos, que foram apresentados nesse texto.
Para o caso de fundações por estacas os recalques diferenciais não são desejáveis,
porém como trata-se de fundações profundas o recalque tem escalas menores do que
quando fundações superficiais por exemplo, sendo que os maiores causadores de
patologias em fundações por estacas são o atrito negativo do solo com a estaca, que ocorre
quando o solo que envolve a estaca continua a se compactar mesmo com a estaca apoiada
em uma camada de solo bem resistente ou rocha sã, e o carregamento assimétrico do solo
que provoca solicitações diferenciadas nas estacas havendo também um carregamento
horizontal do solo que tende a flambá-las.
49
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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AOKI, N.; VELLOSO, D. A. An Approximate method to estimate the bearing capacity of piles. In: PANAMERICAN CONFERENCE ON SOIL MECHANICS AND FOUNDATIONS ENGINEERING, 5., 1975, Buenos Aires. Proceedings…Buenos Aires, 1975. v. 1. p. 367-376.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6122: Projeto e execução de Fundações, Brasil, 2010. 91 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6484: Solo – Sondagens de simples reconhecimento com SPT: Método de Ensaio, Brasil, 2001. 17 p.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 8036: Programação de sondagens de simples reconhecimento dos solos para fundações de edifícios, Brasil, 1983. 3 p.
ASSUNÇÃO, J. A. H. R.. Patologia e terapia dos Edifícios do Tribunal de Justiça do Estado de Minas Gerais. 2005. 183 p. Dissertação de Mestrado – Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Estruturas da Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, 2005. Disponível em: < http://www.pos.dees.ufmg.br/dissertacoes/166.pdf>. Acesso em: 02 abr. 2011.
DÉCOURT, L. Análise e projeto de fundações profundas: estacas. In: HACHICH et al. (eds.). Fundações: teoria e prática. São Paulo: Pini, 1996. P. 265-301.
GUERRIN, A. Diferentes modos de Fundações. In:_______ Tratado de Concreto Armado: As Fundações. São Paulo: Hemus, 2002. p. 44-272.
MULTISOLOS. Estaqueamento e Sondagem Ltda. Disponível em: <http://www.multisolos.com.br/fundacoes/fundacoes_inicial.php?id_fun=fundacoes_new&cd_titulo=3&cd_texto=4&mcd_sub_texto=4>. Acesso em 07 nov. 2011.
SOARES, J. M. D.. Fundações em estacas. Santa Maria: UFSM/Departamento de Engenharia Civil, 56 p. Material Didático.
TEIXEIRA, A. H. Projeto e execução de fundações. In: SEMINÁRIO DE ENGENHARIA DE FUNDAÇÕES ESPECIAIS E GEOTECNIA, 3., 1996, São Paulo. Anais... São Paulo, 1996. v. 1. P. 33-50.
